JP2005297220A - 樹脂製パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量，高比強度などのＦＲＰの特性を充分に発揮しながら，耐熱性，耐火性，
耐爆裂性などの耐火性能を高めた樹脂製パネルを得る。
【解決手段】 フェノール樹脂発泡体からなるコア材を，繊維補強フェノール樹脂からなるパネル状の外皮材の内部に内包してなる樹脂製パネルであって，コア材がフェノール樹脂１００重量部に対して３０〜１５０重量部の充填剤を含有した密度０.０５〜０.３５ｇ/cm³のフェノール樹脂発泡体からなり，外皮材が水分含有量１重量％以下の繊維補強フェノール樹脂からなり，該コア材と該外皮材とが密着し且つ繊維を構成材料とするシート
が外皮材に埋設されていることを特徴とす樹脂製パネルである。
【選択図】 図３

Description

本発明は，フェノール系樹脂を用いた耐火性パネルに関する。

建築物の内壁や外壁（屋根を含む）を構成するパネルとして，良好な耐火性能が付与された樹脂製のパネルが使用できれば，軽量，高比強度，高耐久性等の他の特徴と併せて建築構造において新たな展開が可能である。これまで，繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネルは建築設備機器の構成材料として使用されていはいるが，耐火構造パネルとして建物の内外装材料に使用された実績はない。したがって，耐火性能を有しながら実用に耐える
建材特性を有したＦＲＰが望まれている。

特許文献１には，耐火性の向上を目的として提案された，樹脂を構成材料の一部とするパネルが記載されている。この耐火パネルは，無機系芯材（気泡コンクリートやロックウールなど）と表面材（例えばフェノール樹脂）との間に，無機充填材配合樹脂層を設けたものである。無機充填材配合樹脂層は，フェノール樹脂中にクレー，タルク，カオリン，
焼石膏，水酸化アルミニウムなどの充填材を配合するとされている。

特許文献２にも，耐火性の向上を目的として提案された，樹脂を構成材料の一部とするパネルが記載されている。このパネルは，コア材（無機または有機材料からなる中空成形体）の少なくとも片面に，孔をもつ繊維強化プラスチックからなるスキン層を設けたものである。コア材およびスキン層を構成する樹脂には種々のものが使用されるが，フェノー
ル樹脂も例示されている。
特開２０００−２８９１４３号公報 特開２００１−２５３００１号公報

ＦＲＰに耐火性能を付与する場合に，プラスチックとしては耐熱性に優れるフェノール系の樹脂を使用するのが有利である。特許文献１や２でもフェノール樹脂の使用を例示しているが，特許文献１の場合には，コア材として無機系芯材を用いているので燃焼時にこの無機系芯材が熱収縮することが予想される。芯材が熱収縮すると表面材にクラックが発生しやすくなるので，これを防止するために，コア材と表面材との間に特殊な層（無機充填材配合樹脂層）を形成することが必要となる。このため，構造が複雑となるが，それに伴って造性が悪くなることに加えて，軽量，高比強度等のＦＲＰの特性が充分発揮できな
くなるおそれがある。

特許文献２では，スキン層に孔を穿つことによって燃焼時に発生するコア材の燃焼ガスを外部に放出するようにしているが，表面材に孔を穿つことは内外装パネルに要求される
意匠性を損なうことになり，表面仕上げに制約を受けることになる。

したがって本発明は，このような問題を解決し，軽量，高比強度などのＦＲＰの特性を充分に発揮しながら，耐熱性，耐火性，耐爆裂性などの耐火性能を高めた樹脂パネルを得
ることを目的としたものである。

前記の課題を解決する樹脂製パネルとして，本発明によれば，フェノール樹脂発泡体からなるコア材を，繊維補強フェノール樹脂からなるパネル状の外皮材の内部に内包してなる樹脂製パネルであって，前記のコア材がフェノール樹脂１００重量部に対して３０〜１５０重量部の充填剤を含有した密度０.０５〜０.３５ｇ/cm³のフェノール樹脂発泡体からなり，前記の外皮材が水分含有量１重量％以下の繊維補強フェノール樹脂からなり，該コア材と該外皮材とが密着し且つ繊維を構成材料とするシートが外皮材に埋設されている
ことを特徴とす樹脂製パネルを提供する。

この樹脂製パネルにおいて，コア材が，外皮材と同じ繊維補強フェノール樹脂からなるリブ材によって複数の小コア材に分割され，各小コア材とリブ材とが密着しているものがより好ましく，さらには，繊維を構成材料とし且つフェノール樹脂を含浸した強化繊維シートが，コア材と外皮材との境界またはその近傍およびコア材とリブ材との境界またはそ
の近傍に配設れているのが好ましい。

繊維補強フェノール樹脂としては，ガラス繊維を樹脂中に分散させたＦＲＰを使用することができ，また繊維を構成材料とするシートは，ガラス繊維または炭素繊維からなるマットまたはクロス，もしくはマットとクロスの複合体であることができる。コア材のフェノール樹脂発泡体は水分含有量が２％以下であるのが望ましく，外皮材は無孔である。本発明に従う樹脂製パネルは，JIS A 1304, ISO 834 の標準加熱曲線に従う加熱試験に供し
たときに炭化層が形成され，これによって耐火性を維持することができる。

本発明によると，軽量，高比強度などのＦＲＰの特性を充分に発揮しながら，耐熱性，耐火性，耐爆裂性などの耐火性能を高めた樹脂パネルが得られるので，これを建築物の内
壁や外壁（屋根を含む）に使用することにより，新たな建築構造物の展開ができる。

各種プラスチックの中でフェノール樹脂は耐燃焼性に優れるので，繊維強化パネル（ＦＲＰ）の母材樹脂として，フェノール樹脂を用いることが耐熱パネルを得る場合に有利である。しかし，母材としてフェノール樹脂を用いたＦＲＰを製作しても，それだけでは耐熱性，耐火性，耐爆裂性，断熱性などの耐火性能を充分に満足することはできない。例えば，パネル内に隙間があると対流による熱移動により耐熱性が劣化し，燃焼による残存炭化層に気泡が同伴すると耐火性が劣化し，熱収縮が起きるとクラックが発生し，水分が残存すると爆裂を引き起こす等といった様々な要因によって，フェノール樹脂を母材としたＦＲＰだけでは, 建築基準法で規定する要件を安定して満たすことがてきる耐火構造とす
ることはできない。

本発明者らは，フェノール樹脂を母材としたＦＲＰをベースとし，とくにガラス繊維をフェノール樹脂中に分散させたＧＦＲＰをベースとして前記のような要因やその影響の程度を知るべく各種の試験検討を続けてきたが，フェノール樹脂を母材としたコア材, 外皮材およびリブ材からなるパネルにおいて，それらの間に一定の関係を有した適切な材料配合を採用すれば，優れた耐火構造のパネルが得られことが判明した。すなわち, フェノール樹脂発泡体からなるコア材を繊維補強フェノール樹脂からなる外皮材に内包させることを基本とし，コア材としては, フェノール樹脂１００重量部に対して３０〜１５０重量部の充填剤を含有した密度０.０５〜０.３５ｇ/cm³のフェノール樹脂発泡体で構成し，外皮材およびリブ材としては，水分含有量１重量％以下の繊維強化フェノール樹脂中に繊維を構成材料とするシートを一層または複層に配設することによって構成する。そして，コア材と外皮材，コア材とリブ材とは密着させる。このために，別途に製作されたコア材を芯材としてその周囲に外皮材およびリブ材を引抜き成形法により一体成形するのが好ましい。別法として，外皮材およびリブ材からなる中空パネルの空洞内でフェノール樹脂を発
泡させてコア材を形成することもできる。

以下，本発明で特定する事項について図面を参考にしながら説明する。図１は，本発明に従う樹脂製パネル１の全体形状の例を示す斜視図であり，図１の破線で示すＡ部断面を図２に示した。図２に見られるように，この樹脂パネル１はコア材２を外皮材３で被着した構造を有する。換言すれば，コア材２が外皮材３に内包された構造を有している。コア材２はフェノール樹脂発泡体からなり，外皮材３は繊維補強フェノール樹脂からなる。図２で破線で示す４は，外皮材３に埋設された繊維を構成材料とするシートを表している。

図例のパネルは比較的大きな表面積を有するので，コア材２は，互いに平行な複数の小さなコア材に分割されている。この分割は図例では長手方向に沿って行なわれている。すなわち，図１の方形パネルにおいて，Ｌを長手方向，Ｗを幅方向，ｔを厚み方向とすると，長手方向Ｌに沿ったリブ材５が厚み方向ｔに互いに平行に多数本懸け渡されることにより，外皮材３とリブ材５とによって長手方向Ｌに沿った細長い空洞が多数形成され，この空洞内に小さく分割されたコア材２が内包されている。リブ材５も外皮材３と同じ繊維補強フェノール樹脂層からなる。繊維補強フェノール樹脂はガラス繊維を補強繊維としたものが使用されている。すなわち，外皮材３とリブ材５はフェノール樹脂中にガラス繊維を均等に分散させたＧＦＲＰである。ガラス繊維に代えて，炭素繊維などをフェノール樹脂
に分散させたＦＲＰも場合によっては使用可能である。

図３は図２のＢ部を拡大したものであるが，この図に見られるように，繊維を構成材料とするシート４（繊維シート４と言う）が外皮材３に埋設されることのほか，さらに，コア材２を取り巻くように，繊維を構成材料とするシート６（繊維シート６という）が設置されている。これらの繊維シート４および６としては，ガラス繊維を結合剤を用いてシート状としたチョップドストランドマット或いはガラスコンティニュアウスストランドマットまたはガラスクロスもしくはこれらの複合体等のシートを使用することができる。ガラスクロスは異方性のあるものを使用することができる。ガラスクロスに代えてカーボンク
ロス等のシートを使用することもできる。

図３の構造のものを引抜き成形法で製作するには，引抜き成形機の第１の予備成形用の第１金型にコア材２を連続的に挿入しながら，該第１金型とコア材との間に繊維シート６を樹脂と共に供給してコア材が樹脂シート６で包みこまれた形状（図５のものに相当）に予備成形する。そして，この第１予備成形品を予備成形用第２金型に挿入しながら，その金型と第１予備成形品との間に外皮材３およびリブ材５を形成するための樹脂と繊維シート４を供給する。そのさい，樹脂の供給と繊維シートの供給は別の金型を用いて行うこともできる。このようにして得られた予備成形品は次いで加熱成形用金型に供給され，ここで，硬化処理されたあと，引抜装置および切断工程を得て，図３の構造のパネルを製作す
ることができる。

別法として，図４に示した外皮材３およびリブ材５からなる空洞７をもつパネル８（繊維シート４および６入りの中空パネル）を引抜き形成法で作成し，これを必要なパネルの長さに切断したあと，このパネルの空洞７内でフェノール樹脂を発泡させてコア材２を形成してもよい。この場合には，各空洞７内で発泡させるフェノール樹脂としては，レゾールまたはノボラックのいずれでもよいが，レゾールの場合にはレゾールに有機または無機酸等の硬化剤とハイドロカーボン等の発泡剤を混合し，ノボラックの場合にはノボラックにアミンと有機発泡剤を混合し，これらの混合物を空洞８内に注入し，熱を加えて発泡と硬化反応を行なわせればよい。そのさい，繊維シート６を入れない中空パネルを使用し，その中空パネルの空洞７の内面にフェノール樹脂を含浸させた繊維シート６を巻き込んだうえで，前記と同様に，空洞７内でフェノール樹脂を発泡させてコア材２を形成してもよ
い。

前記のように，コア材２としてはフェノール樹脂発泡体を使用するが，フェノール樹脂発泡体は無機充填材（例えば特許文献１のコア材）に比べて熱収縮が生じにくいという特質がある。本発明では，フェノール樹脂１００重量部に対して３０〜１５０重量部の充填剤を含有した密度０.０５〜０.３５ｇ/cm³のフェノール樹脂発泡体をコア材として使用する。またフェノール樹脂発泡体の水分含有量は２％以下，好ましくは１％以下とする。充填材としては例えば水酸化アルミニウム，タルク，ホウ酸等を使用することができ，その配合量を適切にすることによってコア材の密度を０.０５〜０.３５ｇ/cm³とする。密度が０.０５ｇ/cm³未満では高温に曝され炭化してゆく過程でコア材の崩落が生じて耐火性が確保できなくなる。他方，密度が０.３５ｇ/cm³を超えると発泡体としての断熱性能が低下し，必要以上に質量が重くなり取り扱い性が困難になる。なお，無機充填材がフェノール樹脂１００重量部に対して３０重量部未満ではコア材の難燃性が充分ではなく，１５０重量部を超えるとコア材の難燃性は向上するが，発泡材料の粘度が高くなって良好な
発泡体を得るのが困難となり，結果として耐火性能が損なわれる。

外皮材３およびリブ材５としては，繊維として好ましくはガラス繊維を用いた繊維強化フェノール樹脂を使用するが，この場合，図４のように，この外皮材３とリブ材５とからなるパネル８を引抜き成形法で作製する場合には１２０〜２００℃で成形すればよい。この温度で加熱硬化させることにより，樹脂中水分や縮合水が抜けて成形品中の残存水分量は２％以下に抑制され，且つ成形物が金型を通過する際に材料自身が圧密されるので空気泡も排出される。この結果，耐火加熱試験に供した場合にも，接触圧成形法で作製したパネルのような爆裂現象がなくなり，試験中パネルの一体性が保持されるので耐火性能が損
なわれることがない。

パネル８の引抜き成形のさい，同時に繊維シート４を外皮材３内にパネル表面と平行に埋設させるが，この繊維シート４としてガラスコンティニュアウスストランドマットを使用する場合にはパネル８の単位面積当り３００〜８００ｇ／ｍ²，ガラスクロスを使用する場合にはパネル８の単位面積当り４００〜８００ｇ／ｍ²程度，また複合体を使用する場合にはパネル８の単位面積当り３００〜１６００ｇ／ｍ²程度とするのがよい。繊維シート４は一層でも良いが，複層とすることもできる。このように繊維シート４を外皮材３に埋設した本発明のパネルでは，耐火試験において加熱側から裏面側に向かって徐々に材料が分解・炭化してゆく過程で，熱源側の炭化層が該不燃性の該繊維シートによって裏面の健全な層と連結状態が維持されるので，パネル全体が崩落するのが防止される。このため，コア材２が脱落することも防止され，結果として裏面側の表面温度が過度に上昇する
のが防止される。

このようにして本発明に従う樹脂製パネルは，JIS A 1304, ISO 834 の標準加熱曲線に従う加熱試験に供したときに炭化層が形成され，これが良好に維持されることにより，優
れた耐火性能を示す。

また，コア材２と外皮材３およびコア材２とリブ材５は，前記のように繊維シート６に含浸させたフェノール樹脂が両者を接合する機能を果たすので，両者の間には隙間の形成が防止される。両者の間に隙間が生じていると，この隙間が熱橋となって加熱側の高温が裏面側に伝達されるので，裏面温度も上昇して耐火性能が損なわれることになるが，本発明のパネルではコア材２は外皮材３およびリブ材５とが一体化され，その間に隙間の発生
が防止される結果，隙間による耐火性能の劣化が回避できる。

本発明の樹脂製パネルの代表的な形状を示す斜視図である。 図１のＡで示す部分のパネル断面図である。 図２のＢで示す部分の拡大図である。 外皮材とリブ材からなり，空洞を有するパネルの断面図である。 図４のパネルの空洞に装入するコア材の断面図である。

符号の説明

１ 樹脂製パネル
２ コア材
３ 外皮材
４ 繊維シート
５ リブ材
６ 繊維シート
７ 空洞
８ 空洞をもつ樹脂パネル

Claims (9)

1. フェノール樹脂発泡体からなるコア材を，繊維補強フェノール樹脂からなるパネル状の
   外皮材の内部に内包してなる樹脂製パネルであって，
   前記のコア材が，フェノール樹脂１００重量部に対して３０〜１５０重量部の充填剤を
   含有した密度０.０５〜０.３５ｇ/cm³のフェノール樹脂発泡体からなり，
   前記の外皮材が，水分含有量１重量％以下の繊維補強フェノール樹脂からなり，
   該コア材と該外皮材とが密着し且つ繊維を構成材料とするシートが外皮材に埋設されて
   いることを特徴とする樹脂製パネル。
2. コア材は，外皮材と同じ繊維補強フェノール樹脂からなるリブ材によって複数の小コア材に分割されており，各小コア材とリブ材とが密着している請求項１に記載の樹脂製パネ
   ル。
3. 繊維を構成材料とし且つフェノール樹脂を含浸した強化繊維シートが，コア材と外皮材との境界またはその近傍およびコア材とリブ材との境界またはその近傍に配設されている
   請求項２に記載の樹脂製パネル。
4. 繊維を構成材料とするシートは，ガラス繊維または炭素繊維からなるマットまたはクロ
   スもしくはマットとクロスとの複合体である請求項１または３に記載の樹脂製パネル。
5. コア材のフェノール樹脂発泡体は水分含有量が２％以下である請求項１ないし４のいず
   れかに記載の樹脂製パネル。
6. 外皮材は無孔である請求項１ないし５のいずれかに記載の樹脂製パネル。
7. JIS A 1304, ISO 834 の標準加熱曲線に従う加熱試験に供したときに，炭化層が形成す
   る請求項１ないし６のいずれかに記載の樹脂製パネル。
8. 別途に製作されたコア材を芯材としてその周囲に外皮材およびリブ材を引抜き成形法に
   より一体成形される請求項２ないし７のいずれかに記載の樹脂製パネル。
9. 外皮材およびリブ材からなる中空パネルの空洞内でフェノール樹脂を発泡せてコア材を
   形成した請求項２ないし７のいずれかに記載の樹脂製パネル。

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