(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｒＯ2を１４質量％以上含有し、その表面がサイジング剤によって処理されてなるガラスストランドにおいて、ガラスストランドを構成するガラス繊維の平均単繊維直径が１５〜２４μｍで、サイジング剤が、エチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂を含むことを特徴とするガラスストランド。
【請求項２】
ガラスストランドのストランド番手が、３０〜２００ｔｅｘであることを特徴とする請求項１記載のガラスストランド。
【請求項３】
サイジング剤がパラフィンワックスを含有することを特徴とする請求項１又は２記載のガラスストランド。
【請求項４】
サイジング剤が、固形分表示で、エチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂を３．０〜１５．０質量％、パラフィンワックスを０．０５〜０．８０質量％、酢酸ビニル樹脂を１．０〜７．０質量％、シランカップリング剤を０．１〜２．０質量％含有してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラスストランド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスストランドに関し、特にセメント系材料の補強材として好適なガラスストランドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐アルカリ性ガラス繊維は、ガラス繊維を複合させたＧＲＣ（Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）の補強材として広く用いられており、セメントに対して、脆性を補い、引張強度、曲げ強度、衝撃強度を向上させる有効な手段として一般に認識されている。
【０００３】
ところでＧＲＣの製造方法には、主にプレミックス法とスプレー法がある。プレミックス法は、予め混合されたセメント、骨材、水、混和剤等からなるモルタルに、ガラス繊維を５〜４０ｍｍ長に切断したチョップドストランドを混合した後、所定の形状に成形する方法であり、鋳込み法、押し出し法、プレス法、プレス脱水法等の機械成型法との組み合わせで用いられる。
【０００４】
スプレー法は、モルタルポンプで圧送されたモルタルと、ロービングカッターで切断された１０〜５０ｍｍ長のガラス繊維とをスプレーガンの異なる出口から空気圧によって同時に吹き出し、型枠面に到達せしめ、その後脱泡ローラーにより締め固める方法であり、この方法によると、ガラス繊維が傷つけられることなく、二次元ランダムに配向するため、肉薄で高い曲げ強度を有するＧＲＣが得られる。
【０００５】
ガラス繊維の製造は、数百から数千のノズルを有するブッシングから溶融ガラスを引き出すことによって得られるガラスフィラメントに、アプリケータを用いてサイジング剤を塗布した後、数十本から数百本のガラスフィラメントからなるストランドに分糸し、これらを引き揃えた後、紙管に巻き取ってケーキを作製する紡糸工程、巻き取ったケーキを乾燥し、サイジング剤のフィルムをガラス繊維の表面に形成する乾燥工程、乾燥したケーキからガラスストランドを解舒しながらカットし、チョップドストランドを製造したり、数個のケーキから解舒されたガラスストランドを一緒に束ねて巻き取ることによりロービングを製造する加工工程からなる。
【０００６】
ガラス繊維用サイジング剤は、紡糸工程において形成されるガラス繊維表面に傷が入るのを防止する機能、加工工程における毛羽の発生や糸切れを防止する機能及びガラスストランドに結束性を付与し、ＧＲＣ成型時の作業性を向上させる機能を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、ＧＲＣでは、その品質と作業性の向上が大きな課題の一つに挙げられており、ＧＲＣの品質と成型時の作業性は、ストランドの結束性の影響を受け、スプレー法ではストランドの結束性が悪いと、ガラスロービングをカットする際に、毛羽やストランド割れが発生し、ガラス繊維の分散が不均一になり、均質な製品をつくることができず、また、毛羽が飛散して作業環境が悪化する。
【０００８】
またプレミックス法では、ストランドの結束性が悪いと、チョップドストランドとモルタルを混合した際に、ストランドの解繊やストランド割れが起こり、ガラス繊維の分散が不均一になり、均質な製品を作ることができず、また、成型時のＧＲＣモルタルの流動性が低下して作業性が悪くなる。
【０００９】
ストランドの結束性を向上させるためには、サイジング剤の付着量を増やせばよいが、サイジング剤の付着率を増やすと加工工程においてケーキからストランドを解舒する際、ストランド同士の接着力が強くなるため、解舒抵抗が大きくなり、毛羽が多発したり、糸切れが発生するという問題を有していた。
【００１０】
また、成型時の作業性を向上させるためには、成型時のＧＲＣモルタルの流動性を向上させることが効果的であり、成型時のＧＲＣモルタルの流動性を向上させるためには、ストランド番手を大きくすることが有効となる。しかし、ストランド番手を大きくすると、ＧＲＣの機械的強度が低下するため好ましくない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、サイジング剤の付着量を高くすることなく、ストランドの結束性が良好であり、ストランド番手を変えることなく、成型時のＧＲＣモルタルの流動性に優れたガラスストランドを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく種々の実験を繰り返した結果、平均単繊維径が１５μｍ以上で、エチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂を表面に処理したガラス繊維から構成されたガラスストランドを使用すると、サイジング剤の付着率を高くすることなく、著しくストランドの結束性が向上し、ストランド番手を変えることなく、成型時のＧＲＣモルタルの流動性に優れることを見いだし、本発明を提案するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明のガラスストランドは、ＺｒＯ2を１４質量％以上含有し、その表面がサイジング剤によって処理されてなるガラスストランドにおいて、ガラスストランドを構成するガラス繊維の平均単繊維直径が１５〜２４μｍで、サイジング剤が、エチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明のガラスストランドは、ガラス繊維がＺｒＯ2を１４質量％以上含有するため、耐アルカリ性に優れており、これをセメントの補強材として使用してもセメント中のアルカリ性物質によりガラス繊維が浸食されにくい。従ってアルカリ性物質によって、ガラス繊維の引張強度が低下するのを防止でき、セメント系材料の補強材として使用しても、補強効果を維持することができる。
【００１５】
本発明において使用可能な耐アルカリ性に優れるガラス繊維の具体的組成は、質量％で、ＳｉＯ2  ５４〜６５％、ＺｒＯ2  １４〜２５％、Ｌｉ2Ｏ  ０〜５％、Ｎａ2Ｏ  １０〜１７％、Ｋ2Ｏ  ０〜８％、Ｒ（ただし、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）  ０〜１０％、ＴｉＯ2  ０〜７％、Ａｌ2Ｏ3  ０〜２％であり、より好ましくは、質量％で、ＳｉＯ2  ５７〜６４％、ＺｒＯ2  １８〜２４％、Ｌｉ2Ｏ  ０．５〜３％、Ｎａ2Ｏ  １１〜１５％、Ｋ2Ｏ  １〜５％、Ｒ（ただし、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）０．２〜８％、ＴｉＯ2  ０．５〜５％、Ａｌ2Ｏ3  ０〜１％である。
【００１６】
本発明のガラスストランドは、ガラスストランドを構成するガラス繊維の平均単繊維直径が１５〜２４μｍであるため、ストランド番手を変えなくても成型時のＧＲＣモルタルの流動性に優れ、作業性が向上する。すなわち、１５μｍより小さい平均単繊維直径で構成されたガラスストランドであると、成型時のＧＲＣモルタルの流動性が低く、作業性が低下し、２４μｍより大きいと、ガラス繊維の紡糸が困難となる。
【００１７】
また、本発明のガラスストランドは、ストランド番手が、３０〜２００ｔｅｘであると、成型時のＧＲＣモルタルの流動性やＧＲＣの機械的強度が低下せず好ましい。すなわち、ストランド番手が３０ｔｅｘより小さいと、ガラスストランドの表面積が大きくなり、モルタルとの摩擦によって成型時のＧＲＣモルタルの流動性が著しく低下し、２００ｔｅｘより大きいと、ガラスストランドの表面積が小さくなり、モルタルとの接着面積が減少し、ＧＲＣの機械的強度が低下するため好ましくない。
【００１８】
サイジング剤が、エチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂を含有するため、サイジング剤の付着率が高くなくてもストランドの結束性が向上し、ＧＲＣの品質やＧＲＣ成型時の作業性に優れる。すなわち、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂が、ストランドに結束性を付与し、ガラスロービングをカットする際に、毛羽やストランド割れの発生を抑制し、ストランドの分散性に優れ、均質なＧＲＣを作製することが可能となり、また、毛羽の飛散も無く、成型時のＧＲＣモルタルの流動性にも優れるからである。また、酢酸ビニル樹脂にエチレンを５質量％以上加え共重合体樹脂にすると、樹脂の弾性が低くなるため、この樹脂をガラス繊維表面に塗布した際に、ガラス繊維に柔軟性が付与され、毛羽やストランド割れの発生を抑制できる。
【００１９】
サイジング剤におけるエチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂の含有量は、固形分表示で、３．０〜１５．０質量％が好ましく、さらに好ましくは５．０〜１０．０質量％である。すなわち、エチレンの含有率が５質量％以上のエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂が３．０質量％より少ないと上記効果が得られ難く、１５．０質量％より多いとガラス繊維表面に粘着性が出てくるため、ガムアップなどを引き起こすためである。
【００２０】
また、サイジング剤がパラフィンワックスを含有してなると、ガラス繊維の滑性が向上するため、成形時のＧＲＣモルタルの流動性に優れ、作業性を向上させる効果があり好ましい。パラフィンワックスは、融点が１１０〜１５０℃のものが好ましい。パラフィンワックスの含有量は、固形分表示で０．０５〜０．８０質量％、好ましくは、０．１〜０．６質量％である。パラフィンワックスが０．０５質量％より少ないと上記効果が得られず、０．８０質量％より多いとストランドの結束性が著しく低下するため、ＧＲＣの品質やＧＲＣ成型時の作業性が悪化する。
【００２１】
サイジング剤が、酢酸ビニル樹脂を、固形分表示で、１．０〜７．０質量％、好ましくは２．０〜６．０質量％含有すると、非常に硬いフィルムを形成する酢酸ビニル樹脂により、ガラス繊維の弾性が増大し、カット後も変形することなく、直線状のチョップドストランドになるため、ＧＲＣの補強効果がさらに期待でき好ましい。すなわち、１．０質量％より少ないと、上記効果が得られず、７．０質量％より多いと、ストランドが脆くなり、ストランド割れが生じ、ＧＲＣ成型時の作業性を悪化させるからである。
【００２２】
また、サイジング剤が、シランカップリング剤を、固形分表示で、０．１〜２．０質量％、好ましくは０．２〜０．８質量％含有してなると、ガラス繊維表面に均一なシランカップリング剤からなる保護層が形成され、ガラス繊維表面に傷が入ることを防止できることに加えて、サイジング剤中の樹脂成分とガラス繊維との接着性が向上するため好ましい。この保護層により、ガラス繊維は、引っ張り強度が高く維持でき、糸切れなどを生じにくくなる。
【００２３】
シランカップリング剤としては、ウレイドシラン、メタクリルシラン、アミノシラン、エポキシシランなどがあり、カップリング剤の種類は特に限定されないが、より好ましくはアミノシランを用いると、サイジング剤中の樹脂成分とガラス繊維との接着性に優れるため好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガラスストランドを実施例に基づいて詳細に説明する。
表１に、本発明のガラスストランド（試料Ｎｏ．１〜５）を、表２に比較例のガラスストランド（試料Ｎｏ．６〜８）を示す。
【００２５】
【表１】
0003832208.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003832208.tif 000003
【００２７】
表１、２中のガラスストランドは、次のようにして作成した。
【００２８】
まず、ＳｉＯ2  ６１．０質量％、ＺｒＯ2  １９．５質量％、Ｌｉ2Ｏ  １．５質量％、Ｎａ2Ｏ  １２．３質量％、Ｋ2Ｏ  ２．６質量％、ＣａＯ  ０．５質量％、ＴｉＯ2  ２．６質量％の組成を有する溶融ガラスを、数百〜数千のノズルを有するブッシングから引き出し、表１、２に示す平均単繊維直径となるガラス繊維を紡糸した。
【００２９】
次に、得られたガラス繊維の表面にアプリケーターを用いて表１、２に示すサイジング剤を強熱減量が１．８質量％となるように調整して塗布し、表１、２のストランド番手となるように分糸し紙管にストランドを巻き取ってケーキを作製した。
【００３０】
尚、アミノシランカップリング剤としては、γアミノプロピルトリエトキシシラン（サイラエースＳ３３０：チッソ（株）製）を使用した。
【００３１】
次いでそのケーキを１３０℃、１０時間の条件で乾燥し、ケーキからストランドを解舒しながら１３ｍｍ長に切断し、チョップドストランドを作成した。
【００３２】
得られた試料Ｎｏ．１〜８の各チョップドストランドを用い、ＧＲＣモルタル中でのストランドの結束性と成型時のＧＲＣモルタルの流動性を測定した。
【００３３】
ＧＲＣモルタル中でのストランドの結束性は、セメント２５０ｇ、珪砂２５０ｇ、水１２０ｇからなるモルタルにチョップドストランド３ｇを投入し、攪拌機を使用して４００ｒｐｍで５分間強制撹拌した後、チョップドストランドの集束状態を目視で観察して評価した。評価は、１０点満点評価で、１点はほとんど解繊しており、１０点はほとんど解繊していない状態を示す。
【００３４】
成型時のＧＲＣモルタルの流動性は、タッピングフロー値により評価した。タッピングフロー値は、オムニミキサーで作製したセメント１０ｋｇ、珪砂５ｋｇ、水４．２ｋｇのモルタルに対し３質量％のチョップドストランドを混入したＧＲＣモルタルを使用し、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１のフロー試験に準じて測定した。
【００３５】
さらに、ＧＲＣの機械的強度は曲げ強度によって評価し、ＧＲＣの曲げ強度測定は、作製後４週間経過したＧＲＣ試験体（２７５×５０×１５ｍｍ）を３点載荷方式で、スパン２２５ｍｍ、テストスピード２ｍｍ／ｍｉｎの条件で行った。
【００３６】
表１から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜５の各試料は結束性が６点以上であり、ストランドの結束性に優れており、且つタッピングフロー値が全て１６０ｍｍ以上と大きく、成型時のＧＲＣモルタルの流動性に優れ、また機械的強度にも優れていた。
【００３７】
それに対し、表２に示す比較例Ｎｏ．６〜８は、ストランドの結束性が５点以下で、且つタッピングフロー値も小さく、成型時のＧＲＣモルタルの流動性が低かった。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスストランドは、優れた耐アルカリ性を有し、ストランドの結束性が良好で、成型時のＧＲＣモルタルの流動性に優れ、良好な作業性が得られるため、特にセメント系材料の補強材として好適である。