JP2006063149A

JP2006063149A - 長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂、並びに、まくら木

Info

Publication number: JP2006063149A
Application number: JP2004245711A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Saito; 康宏斉藤; Yuji Ishijima; 勇治石島
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】制振効果に優れる長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を提供する。
【解決手段】本発明の長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５は、長繊維で補強され、制振添加材１０が添加されている。この制振添加材１０は、損失正接ｔａｎδが０．０５以上であり、粒径が０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下であり、添加量が１％以上で２０％以下である。したがって、成形性を維持しつつ、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５の制振性能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レールの下部に配置されるまくら木などに用いることができる長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂に関するものである。

軌道用のまくら木は、レールの下部に設置されてレールに連結されるものであり、レールを支えつつ、レール間の距離を保持するものである。
従来より、木製及びコンクリート製のまくら木が使用されているが、木製は腐りや虫害のため耐用年数が短く、又、コンクリート製のまくら木は、重量が大で敷設に困難を伴う上に、緩衝性、加工性にも劣るという問題点がある。

そこで、特許文献１等には、耐久性、軽量性、加工性に優れた合成まくら木が開示されている。この合成まくら木は、長手方向に向けて埋設された長繊維で補強された熱硬化性樹脂発泡体からなるものである。
実公昭６１─２３０４２号公報

レール上を鉄道車両などが通過する場合には振動が発生する。そして、この振動がまくら木を介して、まくら木を支えている鉄桁などを振動させ、騒音が発生するなどして環境問題となる場合があった。

まくら木の素材自体を軟らかくしたり、まくら木の比重を大きくすると、制振性能が向上するが、素材を軟らかくしたのではまくら木の強度が低下してしまい、また、まくら木の比重を大きくしたのでは、まくら木が重くなり、まくら木を支える部材の強度を高くしなければならない。

そこで、まくら木用の素材として好適であって、制振効果が大きく、剛性の低下が少ない長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を提供することを課題とする。

上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、長繊維で補強され、制振添加材が添加されたポリウレタン樹脂の発泡体であって、前記制振添加材は、損失正接ｔａｎδが０．０５以上であり、粒径が０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下であり、添加量が１％以上で２０％以下であることを特徴とする長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂である。
なお、本発明における損失正接ｔａｎδは、２０℃での５０Ｈｚの正弦波振動時におけるものである。また、制振添加材の粒径は、平均粒径である。

請求項１に記載の発明によれば、損失正接ｔａｎδが０．０５以上であり、粒径が０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下である制振添加材を、１％以上で２０％以下で添加しているので、成形性を維持しつつ、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂の制振性能向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、制振添加材を含む全体の密度が０．５ｇ／ｃｍ³以上で１．
５ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする請求項１に記載の長繊維強化ポリウレタン発泡
樹脂である。

請求項２に記載の発明によれば、制振添加材を含む全体の密度が０．５ｇ／ｃｍ³以上
で１．５ｇ／ｃｍ³以下であるので、耐久性が良く剛性の低下が少ない。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を用い、前記長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂よりも剛性の高い材質の２ヵ所の高剛性層によって、前記長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を挟み込んだ層構造を有することを特徴とするまくら木である。

請求項３に記載の発明によれば、剛性の高い材質の２ヵ所の高剛性層によって、前記長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を挟み込んだ層構造であるので、制振性能を付与しつつ、全体の剛性の低下を小さくすることできる。

本発明の長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂やまくら木は、制振性能が優れる。

以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のまくら木を示す斜視図である。図２は、本発明の第２の実施形態のまくら木を示す斜視図である。図３は、制振特性の評価を行う状態を示す断面図である。

本発明の第１の実施形態におけるまくら木１は、図１に示されている。
まくら木１は長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５が用いられており、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５は繊維補強され、制振添加材１０が添加されている。

長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５のウレタン樹脂の合成はポリオールとイソシアネートを用いて重合して行われる。この重合は、成形の際に行っても良く、また、あらかじめ一部または完全に重合しておいて、これを用いて成形することもできる。
ポリオールやイソシアネートの種類は特に限定されるものではなく、用途などに応じて選定される。

具体的には、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５は熱硬化性の硬質ウレタン樹脂が耐久性や剛性が高くなるので望ましい。また、ポリウレタン樹脂のイソシアネート成分はＭＤＩ（メチレンジフェニルイソシアネート）やポリメックＭＤＩが望ましい。ポリウレタン樹脂のポリオール成分はポリエーテルポリオールが望ましい。

長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５に用いられる繊維としては、特に限定されないが、引っ張り強度が高いものが望ましく、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維等の無機質繊維、芳香族ポリアミド繊維等の合成繊維や天然繊維等の有機質繊維等を用いることができる。また、繊維の配向方向は、まくら木の長手方向に配向している。
また、発泡は成形の際に行われる。発泡倍率は、添加される発泡剤の量や成形条件によって調節することができる。そして、発泡率を調整することにより、密度や強度を変えることができる。

制振添加材１０は、粒状であって、その粒径は０．５ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下である。粒径がこの範囲外の場合には、後述するように、まくら木１の成形が行いにくい。さらに制振添加材１０の粒径は、０．８ｍｍ以上で２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、制振添加材１０の添加量は１％以上で２０％以下である。
制振添加材１０の添加量が１％以下の場合は制振効果が小さく、制振添加材１０の添加量が２０％以上の場合は成形時に制振添加材１０を分散させにくく、また、分散の作業が
難しくなる。さらに、制振添加材１０の添加量は３％以上で１０％以下であることが好ましい。

制振添加材１０の材質は、ゴム、エラストマー及び樹脂等を用いることができる。ゴムを用いる場合には、未加硫ゴム及び加硫ゴムのいずれも用いることができ、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）やＮＲ（天然ゴム）などのジエン系のゴムを用いることができる。また、エラストマーを用いる場合には、ウレタンエラストマーなどの熱可塑系エラストマーを用いることができる。

制振添加材１０の損失正接ｔａｎδは０．０５以上であり、特に、０．１以上が望ましい。かかる場合には振動の減衰効果を有効に発揮させることができる。この損失正接は、周波数や温度によって変化するが、この値は、２０℃での５０Ｈｚの正弦波振動時における値である。
損失正接ｔａｎδの測定は、粘弾性スペクトルメーターにより測定することができる。そして、制振添加材１０を２ｍｍ×５ｍｍ×２５ｍｍにカットして、５０Ｈｚの周波数で長手方向に繰り返し、引っ張り荷重をかけて測定することができる。

制振添加材１０の損失正接ｔａｎδは大きいほど弾性に対する粘性が優位となり、制振効果が高くなるが、通常、１より大きいのものは粘着材のようなゲル構造であり、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５に均一に分散させることが難しい。したがって、通常、制振添加材１０の損失正接ｔａｎδは１以下のものが採用される。

また、圧縮強度の向上や低コスト化を図るため、他の充填材を添加することができる。例えば、珪砂、難燃剤、ガラスチョップ、炭酸カルシウム、石膏、タルク、水酸化アルミニウム、クレー等の無機充填材、シラスバルーン、パーライト、ガラスバルーン等の軽量骨材、ウレタン樹脂の切削粉などの有機充填材を添加することができる。

また、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５の密度は特に限定されないが、耐久性や剛性の点から０．５ｇ／ｃｍ³以上であることが望ましい。また、充填材を入れすぎると物性
が低下するので、密度は１．５ｇ／ｃｍ³以下であることが望ましい。

長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５の発泡は、原料に発泡剤を添加して、成形の際又は成形の後に発泡させて行われる。添加される発泡剤としては水などが用いられる。また、発泡率は、使用用途や使用条件などによって変更することができ、発泡率を大きくするほど密度が小さくなる。

次に、本発明の第２の実施形態におけるまくら木２について説明する。
まくら木２は、図２に示されるように、制振添加材１０が添加された長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５と、高剛性層５５とを有している。
まくら木２は、３層構造であり、中間層が制振添加材１０が添加された長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５である。そして、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５の両面には、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５よりも剛性の高い材質の高剛性層５５が設けられている。言い換えると、まくら木２は、高剛性層５５により長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５を挟み込んだ３層構造である。

高剛性層５５は、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５よりも剛性が高ければ特に限定されないが、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を用いることができる。また、高剛性層５５は、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５と同じ原料（ポリオール及びイソシアネート）を用いることもでき、さらに、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５の制振添加材１０を除いた配合のものを採用することができる。

制振添加材１０が添加されると、添加されないものに比べて曲げ剛性などが低下する傾向にあるが、まくら木２では、外側の高剛性層５５が設けられているので、制振性能を向上させつつ、全体の曲げ剛性などの低下を小さくすることができる。特に、まくら木２を長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５と高剛性層５５との境界面が水平面となるように配置することにより、まくら木２上で発生する振動が下方に伝達されにくくなる。

長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５は、まくら木用としてだけでなく、耐久性と、剛性と、制振性能とが要求される素材として他の用途にも用いることができる。例えば、振動が発生する設備や、建物や道路の土台にも用いることができる。

以下の方法で、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５を成形し、実施例１のまくら木１を製作した。
ポリエーテルポリオール（住化バイエルウレタン社製ＯＨＶ（水酸基価）５１０）を１００部、ポリメリックＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製４４Ｖ２０イソシアネート分３１．５％）を１４０部、製泡剤としてシリコーン液（東レシリコーン社製ＳＲＸ２９５）を０．５部、発泡剤として水を０．５部、触媒として有機すず触媒（三共有
機合成社製ＳＣＡＴ３１）を０．１部配合し、さらに、制振添加材１０として粒径１ｍｍのゴムチップ（比重０．２５の発泡ウレタンゴム）を２５部添加した。そして、混合したものをミキサーで均一分散してウレタン樹脂液を調整した。
このゴムチップの、２０℃での５０Ｈｚの正弦波振動時における損失正接ｔａｎδは０．１５である。

そして、本実施形態では上記のウレタン樹脂液を用いて、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５を連続的に成形する。
まず、ガラス繊維（繊維径約２０μｍのガラスロービング）の束に前記のウレタン樹脂液を噴霧し、揉み板によって、ガラス繊維同士の間にウレタン樹脂液をしみこませる。さらに、このウレタン樹脂液がしみこんだガラス繊維を成形通路に通過させ、発泡させつつ硬化させて成形する。

本実施形態では、原料を混合してミキサーなどを用いて均一に分散させるが、制振添加材１０は３ｍｍ以下の粒径粒状であるので、ミキサーなどの吐出口から吐出させる際にも容易に吐出させることができる。
また、長繊維に原料を混合した樹脂液を含浸させて行うが、本実施形態の制振添加材１０は、０．５ｍｍ以上の粒径の粒状であるので、樹脂液の見かけ粘度が高くなりすぎることがなく、成形作業を行いやすい。

そうして、発泡して硬化させて成形された長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５を所定の長さに切断して、まくら木１が製作される。なお、図１に示されるように、長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂５の切断面に、制振添加材１０の一部が露出している。
このまくら木１の密度は０．８ｇ／ｃｍ³である。
また、上記ガラス繊維を含んだ状態の全体の重量に対する制振添加材１０の重量（添加割合）は、５．０％である。

また、比較例１のまくら木についても、ウレタン樹脂液の配合以外の点について同様の方法で製作した。
比較例１のまくら木のウレタン樹脂液の配合は、実施例１のまくら木１の製造に用いるウレタン樹脂液の配合に対して、制振添加材１０として用いる粒径１ｍｍのゴムチップを添加していない点を除いては同様の配合である。

上記実施例１及び比較例１のまくら木１について、制振特性、曲げ強度、曲げ弾性率について比較した。
制振特性の評価は、図３に示されるように、まくら木１の端より６２５ｍｍの位置にタイプレート３０を置き、直径５０ｍｍで５００ｇの鋼球３１を３００ｍｍ上方よりタイプレート３０に向けて自由落下させ、まくら木１の下に配置したＨ鋼３５のウエブ３２に取り付けた振動センサー３３により振動加速度（ｄＢ）を測定した。
また、曲げ強度及び曲げ弾性率はＪＩＳＺ２１０１に準拠して測定した。
これらの結果を、表１に示す。

その結果、実施例１のまくら木は比較例１のまくら木と比べて、制振特性が優れ、他の性能はほぼ同等であった。

本発明の第１の実施形態のまくら木を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態のまくら木を示す斜視図である。制振特性の評価を行う状態を示す断面図である。

符号の説明

１、２まくら木
５長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂
１０制振添加材
５５高剛性層

Claims

長繊維で補強され、制振添加材が添加されたポリウレタン樹脂の発泡体であって、前記制振添加材は、損失正接ｔａｎδが０．０５以上であり、粒径が０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下であり、添加量が１％以上で２０％以下であることを特徴とする長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂。
制振添加材を含む全体の密度が０．５ｇ／ｃｍ³以上で１．５ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする請求項１に記載の長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂。
請求項１又は２に記載の長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を用い、前記長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂よりも剛性の高い材質の２ヵ所の高剛性層によって、前記長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂を挟み込んだ層構造を有することを特徴とするまくら木。