JP2001171011A - 難燃性繊維強化プラスチック部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた難燃性はもちろん、表面平滑性にも優
れ、長期間の曝露においても強度の低下の少ない難燃性
ＦＲＰ部材を提供する。 【解決手段】最内層である軸方向繊維のＦＲＰ層１の外
周に、周方向に巻回された繊維のＦＲＰ層２が、ついで
軸方向繊維のＦＲＰ層３が形成され、その外周にマット
繊維のＦＲＰ層４が形成されている。そして、外表面層
には難燃性不織布からなる層５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、難燃性および表面
平滑性に優れ、高強度の難燃性繊維強化プラスチック部
材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、繊維強化プラスチック部材
（以下「ＦＲＰ部材」という）は、軽量かつ高強度であ
ることから様々な分野に活用され、その特徴を発揮して
いる。

【０００３】上記ＦＲＰ部材としては、通常、含浸樹脂
に不飽和ポリエステル等の樹脂を繊維基材に含浸させこ
れを各種用途に適用した形状に成形したものが使用され
ている。このようなＦＲＰ部材は着火すると燃焼し自己
消火能力を備えておらず、難燃性が要求される分野には
適していない。

【０００４】したがって、難燃性が要求される分野に
は、従来から、含浸樹脂にフェノール樹脂を用いこれを
繊維基材に含浸させて成形したＦＲＰ部材が用いられて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記含
浸樹脂としてフェノール樹脂を用いたＦＲＰ部材は、難
燃性に関しては良好であるが、加熱硬化時にフェノール
樹脂が収縮して成形後の部材表面の平滑性に劣るという
問題があり、この表面平滑性を向上させるためには反応
時間を長くしてフェノール樹脂の収縮を抑制する必要が
ある。また、フェノール樹脂の加熱硬化時にホルマリン
が発生して成形機や金型等の金属腐食が生じるという問
題がある。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、優れた難燃性はもちろん、表面平滑性にも優
れ、長期間の曝露においても強度の低下の少ない難燃性
ＦＲＰ部材の提供をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の難燃性ＦＲＰ部材は、下記の熱硬化性樹脂
組成物（Ａ）を含浸してなる繊維基材を加熱硬化してな
る難燃性ＦＲＰ部材であって、表面層が難燃性不織布か
らなる層で形成されているという構成をとる。 （Ａ）スチレンモノマー含有熱硬化性樹脂組成物。

【０００８】すなわち、本発明者らは、含浸樹脂として
フェノール樹脂を用いたＦＲＰ部材と同等以上の優れた
難燃性を有するとともに、フェノール樹脂に起因した上
記各問題を解消できるＦＲＰ部材を得るために、ＦＲＰ
部材自身の構成を中心に検討を重ねた。その結果、スチ
レンモノマー含有の熱硬化性樹脂組成物を含浸してなる
繊維基材を加熱硬化してなるＦＲＰ部材の表面層を難燃
性不織布からなる層で形成すれば、熱硬化性樹脂組成物
の種類に関わらず優れた難燃性を付与することが可能に
なるとともに、ＦＲＰ部材の表面に難燃性不織布が設け
られているため、その表面が平滑になる。しかも、難燃
性を得るために含浸樹脂としてフェノール樹脂を使用す
る必要が無いため、ＦＲＰ部材の着色が自由となり、フ
ェノール樹脂に起因したホルマリンも生じない。また、
難燃性不織布を設けることにより強度の向上が実現する
ことを見出し本発明に到達した。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１０】本発明の難燃性ＦＲＰ部材は、特定の熱硬
化性樹脂組成物（Ａ）を含浸させてなる繊維基材を加熱
硬化することにより得られるものであって、その表面層
が難燃性不織布からなる層で形成されているものであ
る。

【００１１】上記繊維基材に含浸させる特定の熱硬化性
樹脂組成物（Ａ）としては、スチレンモノマー含有熱硬
化性樹脂を主成分とし、これに各種添加剤を配合したも
のがあげられる。

【００１２】上記スチレンモノマー含有熱硬化性樹脂と
しては、特に限定するものではなく、不飽和ポリエステ
ル，ビニルエステル樹脂，ウレタンアクリレート樹脂，
難燃性ポリエステル等があげられる。そして、このよう
なスチレンモノマー含有熱硬化性樹脂において、スチレ
ンモノマー含有量としては、３５〜５５重量％が好まし
く、特に好ましくは４０〜５０重量％である。このよう
にスチレンモノマー含有熱硬化性樹脂を使用することに
より、繊維基材に含浸させる上記熱硬化性樹脂組成物
（Ａ）の粘度を低く設定することが可能となり、各種添
加剤である顔料や無機質充填剤等の配合による高粘度化
を抑制することが可能となる。そして、上記スチレンモ
ノマー含有熱硬化性樹脂のなかでも、特に引抜成形によ
る表面平滑性という点から、不飽和ポリエステルを用い
ることが好ましい。なお、本発明においては、繊維基材
に含浸させる樹脂のスチレンモノマー含有熱硬化性樹脂
としては、当然、フェノール樹脂は用いない。

【００１３】上記各種添加剤としては、無機質充填剤、
顔料、内部離型剤、触媒、さらに紫外線吸収剤等が必要
に応じて適宜用いられる。

【００１４】上記無機質充填剤としては、難燃性を付与
することのできる充填剤が好ましく、例えば、水酸化ア
ルミニウム水和物、半水石膏、水酸化マグネシウム、赤
燐、ホウ酸亜鉛、三酸化アンチモン等があげられる。こ
のような無機質充填剤は、通常、上記熱硬化性樹脂１０
０重量部（以下「部」と略す）に対して１０〜１５０部
の範囲に設定される。

【００１５】また、本発明の難燃性ＦＲＰ部材は自由に
着色可能であるという点から、上記各種顔料が用いら
れ、例えば、赤色の着色には赤色酸化鉄等が、黄色の着
色には黄色酸化鉄やチタニウムイエロー等が、白色の着
色にはチタン白や硫化亜鉛等が、黒色の着色には鉄黒等
があげられる。

【００１６】さらに、上記内部離型剤としては、ステア
リン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等があげられる。

【００１７】上記触媒としては、パーオキシエステル
系、パーオキシシクロヘキシル系、パーオキシケタール
系、ジアシルパーオキシド系の第四級アンモニウム塩等
があげられる。

【００１８】上記紫外線吸収剤としては、例えば、ベン
ゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系等従来公知のもの
が用いられる。

【００１９】上記スチレンモノマー含有熱硬化性樹脂を
主成分とし、これに各種添加剤を配合した特定の熱硬化
性樹脂組成物（Ａ）の粘度は、成形の容易性という点か
ら、２５℃において０．１〜４．０Ｐａ・ｓ、特に０．
２〜３．０Ｐａ・ｓが好ましい。すなわち、上記粘度が
０．１Ｐａ・ｓ未満であれば、粘度が低くなりすぎ、繊
維基材に充分に含浸させることが困難となり、逆に４．
０Ｐａ・ｓを超えると、連続引抜成形はできるものの、
引抜抵抗が高くなりすぎて真直性のあるＦＲＰ部材を安
定して得ることが困難になるからである。なお、上記粘
度は、例えば、東京精機社製、ＥＭＤ型粘度計（Ｅ型粘
度計）を用いて測定することができる。

【００２０】上記特定の熱硬化性樹脂組成物（Ａ）を含
浸させる繊維基材としては、例えば、ガラス繊維、カー
ボン繊維等があげられる。上記ガラス繊維としては、例
えば、ガラスロービング、ガラス不織布、ガラスマッ
ト、ガラスクロス等があげられ、コスト的な理由からＥ
ガラスを使用することが好ましい。

【００２１】そして、本発明では、上記特定の熱硬化性
樹脂組成物（Ａ）を含浸させた繊維基材を加熱硬化させ
てなるものの表面層に難燃性不織布からなる層が設けら
れるが、この難燃性不織布としては、難燃性を有するも
のであれは特に限定するものではないが、例えば、フェ
ノール系不織布，難燃性ポリエステル系不織布等があげ
られる。特に、燃焼時での表面層の炭化や分解ガスの発
生を少なくすることができるという点から、フェノール
系不織布を用いることが好ましい。

【００２２】本発明の難燃性ＦＲＰ部材の製造工程を、
管状部材を一例にして述べる。上記管状部材である難燃
性ＦＲＰ部材は、通常、連続引き抜きフィラメントワイ
ンディング法にしたがって製造される（例えば、特公昭
５４−２３０２８号公報に記載の製造方法に基づく）。
すなわち、図１に示すように、マンドレル１６上に形成
した樹脂含浸の繊維を加熱金型１７に導き（マンドレル
１６の先端は加熱金型１７の出口に達する）、加熱金型
１７内で整形とともに熱硬化性樹脂の加熱硬化を行い、
引き取りロール１８により管状の硬化成形体Ｙを引き取
りつつカッター１９で所望の長さに定尺切断していく方
法である。

【００２３】より詳しく説明すると、図１において、２
０は含浸樹脂浴、２１および２２はそれぞれ軸方向繊維
用の繊維、２３は周方向に巻回される繊維、２４はマッ
ト繊維であり、上記引き取りロール１８による管状の硬
化成形体の引き取りにともない、上記各繊維材料が繰り
出され、その各繊維材料が含浸樹脂浴２０で浸漬含浸さ
れ、マンドレル１６の全周上に軸方向繊維用の繊維は軸
方向に添わされ、また周方向の巻回用繊維は周方向に巻
回されて樹脂含浸の多層体Ｘが形成される。そして、加
熱金型１７の入り口にて、この未硬化の樹脂含浸の多層
体Ｘ表面に難燃性不織布２５が被覆され、加熱金型１７
を通過する間にその金型内部で整形とともに含浸樹脂の
加熱硬化が行われる。ついで、管状の硬化成形体Ｙが引
き取りロール１８にて引き取られ、さらにカッター１９
で所望の長さに順次定尺切断する。このようにして目的
とする管状の難燃性ＦＲＰ部材が製造される。

【００２４】上記製造工程において、加熱金型１７にお
ける加熱温度は、含浸樹脂の種類にもよるが、通常、８
０〜２００℃の範囲内に設定される。

【００２５】上記のようにして得られた管状の難燃性Ｆ
ＲＰ部材は、図２に示すように、１は軸方向繊維のＦＲ
Ｐ層で、２は周方向に巻回された繊維のＦＲＰ層、３は
軸方向繊維のＦＲＰ層であり、４はマット繊維のＦＲＰ
層であり、外表面層には難燃性不織布からなる層５が形
成されている。

【００２６】そして、このようにして得られた、図２に
示す、管状の難燃性ＦＲＰ部材は、外径１０〜２５０ｍ
ｍ、好ましくは５０〜２００ｍｍに、肉厚２．０〜７．
０ｍｍ、好ましくは２．５〜４．０ｍｍに、また、外表
面層となる難燃性不織布からなる層５の厚みは１００〜
１５００μｍ、好ましくは２００〜１２００μｍに設定
される。

【００２７】上記図２に示す管状の難燃性ＦＲＰ部材
は、ＦＲＰ層が４層構造のものであるが４層構造に限定
するものではなく軸方向繊維と周方向繊維とが交互に繰
り返し形成されていればよい。

【００２８】そして、上記管状の難燃性ＦＲＰ部材にお
いて、軸方向繊維と、周方向繊維とによって構成される
場合の双方の割合は、その基本骨格となる繊維構成部分
にもよるが、図２に示す管状のように、軸方向が２層、
周方向が１層の形成では体積比で、軸方向繊維：周方向
繊維＝２：１が好ましい。また、軸方向と周方向が互い
に同数の層形成の場合は、その体積比は、軸方向繊維：
周方向繊維＝１：１が好ましい。

【００２９】上記軸方向繊維，周方向繊維，マット繊維
および難燃性不織布の、難燃性ＦＲＰ部材全体における
体積含有率は４０〜７０％に設定することが好ましい。
すなわち、体積含有率が４０％未満のように硬化樹脂の
体積含有率が多くなれば、金型面に硬化物が付着して堆
積し、その結果、引抜き抵抗が増加して成形性が低下す
るという傾向がみられる。また、体積含有率が７０％を
超えると、管状の難燃性ＦＲＰ部材を前述の連続引抜成
形法で成形する際の引抜抵抗が大きくなり、成形が困難
になり、表面平滑性に劣るという問題が生じる傾向がみ
られるからである。

【００３０】本発明の難燃性ＦＲＰ部材の形状として
は、上記管状に特に限定するものではなくその用途によ
り各種形状に成形される。管状以外に、例えば、棒状，
板状，矩形等種々の形状があげられる。

【００３１】本発明の難燃性ＦＲＰ部材の具体的な用途
の一例として、管状部材であるケーブル保護管があげら
れる。例えば、本発明の難燃性ＦＲＰ部材をケーブル保
護管として用いる場合のより具体的な例としては、橋梁
下部に添って配設される管のうち、河川地面上の橋梁端
側部分の管路に用いられる橋梁添架ケーブル管路があげ
られる。このように、本発明の難燃性ＦＲＰ部材を橋梁
添架ケーブル管路に用いた場合、架橋下の焚火を火元と
する延焼を軽度にとどめることができ、安定した電力供
給や通信等の実現が図られる。

【００３２】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３３】

【実施例１】先に述べた連続引抜成形法に従い（図１参
照）、軸方向および周方向にガラスロービング（１００
０ｍ当たり４４００ｇ）を、マット繊維にはガラスマッ
トを、そして、難燃性不織布にはフェノール系不織布
（日本バイリーン社製、カイノール不織布、厚み８８０
μｍ、繊維量１００ｇ／ｍ² ）を用いて、図２に示す管
状の難燃性ＦＲＰ部材を作製した。上記製造において、
加熱硬化温度は１６０℃、引き抜き速度０．３ｍ／分で
製造した。この難燃性ＦＲＰ部材の軸方向ガラス繊維と
周方向ガラス繊維との双方の割合は、体積比で、軸方向
ガラス繊維：周方向ガラス繊維＝２：１、難燃性ＦＲＰ
部材の外径は１３１ｍｍ、内径は１２５ｍｍ、表面層の
フェノール系不織布の厚みは５００μｍであった。

【００３４】なお、上記難燃性ＦＲＰ部材を作製する際
に、ガラス繊維（ガラスロービング、ガラスマット）に
含浸させる含浸樹脂として、つぎの熱硬化性樹脂組成物
を作製し用いた。すなわち、難燃性不飽和ポリエステル
樹脂（スチレンモノマー含有量４５重量％、日本ユピカ
社製、ＦＭＳ−５３１）１００部、水酸化アルミニウム
水和物７５部、内部離型剤（ステアリン酸亜鉛）１部、
顔料（オレンジ）４部、触媒（ベンゾイルパーオキサイ
ド）１．５部からなる粘度（２５℃）１．８Ｐａ・ｓの
熱硬化性樹脂組成物を用いた。

【００３５】

【実施例２】難燃性不織布として難燃性ポリエステル系
不織布（東洋紡績社製、ハイムＨ６５０１Ａ、厚み２８
０μｍ、繊維量５０ｇ／ｍ² ）を用いた。それ以外は実
施例１と同様にして管状の難燃性ＦＲＰ部材を作製し
た。

【００３６】

【実施例３】含浸樹脂となる熱硬化性樹脂組成物とし
て、難燃性ビニルエステル樹脂（スチレンモノマー含有
量４５重量％、大日本インキ化学工業社製、ディクライ
トＵＥ−７０１６）１００部、水酸化アルミニウム水和
物５０部、三酸化アンチモン３部、内部離型剤（ステア
リン酸亜鉛）１部、顔料（グリーン）４部、触媒〔メチ
ルエチルケトンパーオキシド（ＭＥＫＰＯ）〕１．５部
からなる粘度（２５℃）１．８Ｐａ・ｓの熱硬化性樹脂
組成物を用いた。一方、難燃性不織布としてフェノール
系不織布（日本バイリーン社製、カイノール不織布、厚
み４４０μｍ、繊維量５０ｇ／ｍ² ）を用いた。それ以
外は実施例１と同様にして管状の難燃性ＦＲＰ部材を作
製した。

【００３７】

【比較例】先に述べた連続引抜成形法に従い、軸方向お
よび周方向にガラスロービング（１０００ｍ当たり４４
００ｇ）を、マット繊維にはガラスマットを用いて、管
状の難燃性ＦＲＰ部材を作製した。上記製造において、
加熱硬化温度は１６０℃、引き抜き速度０．３ｍ／分で
製造した。この難燃性ＦＲＰ部材の外径は１３１ｍｍ、
内径は１２５ｍｍであった。

【００３８】なお、上記難燃性ＦＲＰ部材を作製する際
に、ガラス繊維（ガラスロービング、ガラスマット）に
含浸させる含浸樹脂として、つぎの熱硬化性樹脂組成物
を作製し用いた。すなわち、フェノール樹脂（昭和高分
子社製、ショウノールＢＲＬ−２４０）１００部、水酸
化アルミニウム水和物７５部、内部離型剤（ＡＸＥＬ社
製、ＩＮＴ−１８５０Ｈ）２部、顔料（オレンジ）４部
からなる粘度（２５℃）１．７Ｐａ・ｓの熱硬化性樹脂
組成物を用いた。

【００３９】このようにして得られた実施例および比較
例の管状の難燃性ＦＲＰ部材について、表面平滑性、難
燃性、曲げ強度、着色性、ホルマリンの発生の有無につ
いて測定・比較評価を行った。これらの結果を、下記の
表１にまとめて示す。なお、これらの特性は、以下の基
準に従って評価した。

【００４０】〔表面平滑性〕表面平滑性の評価は、最大
粗さが１０μｍ未満である場合を◎、最大粗さが１０〜
５０μｍの範囲内にある場合を○、最大粗さが５０μｍ
を超えてＦＲＰ部材の表面にカケができる状態を×とし
て行った。なお、粗さの測定には、表面粗さ形状測定機
（東洋精密社製、サーフコム５５０Ａ）を用いた。

【００４１】〔難燃性〕ＪＩＳ−Ｃ−８４３０の試験方
法に準じて試験を実施し、合格したものを○とした。な
お、上記試験において、接炎時間を１３０秒とした。

【００４２】〔曲げ強度〕内径１２５ｍｍ×外径１３１
の管状ＦＲＰ部材の、長さ方向に１００ｍｍ×幅１０ｍ
ｍを切り出して試験片とし、ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準
じて３点曲げ試験を実施して測定した。

【００４３】〔着色性〕得られたＦＲＰ部材の表面が、
含浸樹脂に配合した顔料の色に着色されているか否かを
目視により評価した。その結果、ＦＲＰ部材表面の色が
顔料の色であると認識可能なものを○、顔料以外の色と
認識されたものを×として評価した。

【００４４】〔ホルマリンの発生の有無〕管状ＦＲＰ部
材の引き抜き成形工程中の加熱された金型の、成形方向
に対して出口側から発生する気体を収集し、ガスクロマ
トグラフィー（ＧＣ−ＭＳ）にて分析した。

【００４５】

【表１】

【００４６】上記表１の結果、実施例品は優れた難燃性
を示すとともに、その表面は平滑であり、しかも強度的
にも優れていることがわかる。さらに、着色性にも優れ
ており、着色の自由度が高いことがわかる。そして、製
造時にはホルマリンも発生しなかった。これに対して比
較例品は、良好な難燃性は示すものの、表面平滑性に劣
っており、しかもフェノール樹脂の硬化に起因した色に
着色された。また、曲げ強度に関しても、実施例品と比
べて低い値であった。さらに、製造時にはホルマリンが
発生した。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明の難燃性ＦＲＰ部
材は、スチレンモノマー含有の熱硬化性樹脂組成物を含
浸してなる繊維基材を加熱硬化してなるＦＲＰ部材の表
面層が難燃性不織布からなる層で形成されている。この
ため、上記含浸樹脂の種類に関わらず優れた難燃性が付
与されるとともに、ＦＲＰ部材の表面に難燃性不織布か
らなる層が設けられているため、良好な表面平滑性を有
する。しかも、難燃性を得るために含浸樹脂としてフェ
ノール樹脂を使用する必要が無いため、ＦＲＰ部材の着
色の自由度が向上し、またこのフェノール樹脂に起因し
たホルマリンの発生も抑制される。

【００４８】したがって、本発明の難燃性ＦＲＰ部材
は、例えば、管状部材である電力ケーブル保護管，通信
ケーブル保護管、建築物の内壁材、アンテナ素子の保護
管等のような用途に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の難燃性ＦＲＰ部材の製造工程を示す概
略図である。

【図２】本発明の難燃性ＦＲＰ部材の一例を示す概略斜
視図である。

【符号の説明】

１，３ 軸方向繊維のＦＲＰ層 ２ 周方向に巻回された繊維のＦＲＰ層 ４ マット繊維のＦＲＰ層 ５ 難燃性不織布からなる層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AA19 AG00 AH02A AH02B AH02C AK01A AK01B AK01C AK33B AK41B AK44 AL05A AL05B AL05C BA03 BA05 BA07 BA08 BA10B CA13 CA30 DA11 DG01 DG11A DG11C DG15B EJ82A EJ82C GB90 JB13A JB13B JB13C JJ07B JK01 JK15 4F205 AA36 AD16 AG08 AH43 AH46 HA02 HA05 HA33 HA37 HA46 HB02 HC12 HC13 HF05 HK22 HL12 HL13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の熱硬化性樹脂組成物（Ａ）を含浸
   してなる繊維基材を加熱硬化してなる難燃性繊維強化プ
   ラスチック部材であって、表面層が難燃性不織布からな
   る層で形成されていることを特徴とする難燃性繊維強化
   プラスチック部材。 （Ａ）スチレンモノマー含有熱硬化性樹脂組成物。
2. 【請求項２】 上記難燃性繊維強化プラスチック部材が
   管状部材であって、少なくとも上記管状部材の外表面層
   が難燃性不織布からなる層で形成されている請求項１記
   載の難燃性繊維強化プラスチック部材。
3. 【請求項３】 上記難燃性不織布が、フェノール系不織
   布または難燃性ポリエステル系不織布である請求項１ま
   たは２記載の難燃性繊維強化プラスチック部材。
4. 【請求項４】 上記難燃性繊維強化プラスチック部材が
   管状部材であって、繊維基材の基本骨格となる繊維構成
   部分が、軸方向に引きそろえられた繊維層と周方向に巻
   回された繊維層とが交互に繰り返し形成されたものであ
   る請求項１〜３のいずれか一項に記載の難燃性繊維強化
   プラスチック部材。
5. 【請求項５】 上記難燃性繊維強化プラスチック部材
   が、橋梁下部に添って配設される管のうち、河川地面上
   の橋梁端側部分の管路に用いられる管状の橋梁添架ケー
   ブル管である請求項１〜４のいずれか一項に記載の難燃
   性繊維強化プラスチック部材。