JP2006089013A

JP2006089013A - 防撓材及びその製造方法並びにその防撓材を用いたｆｒｐ構造物

Info

Publication number: JP2006089013A
Application number: JP2004351859A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamada; 直樹山田; Yuichi Kobata; 雄一木幡
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】接着面積の増加とともに剥離強度（接着強度）を向上させることができる防撓材およびその製造方法並びにその防撓材を用いたＦＲＰ構造物を提供する。
【解決手段】心材１と、該心材１の側面および上面を覆うように該心材１に接合された繊維強化プラスチックからなる補強部材２とからなり、該補強部材２が外側に拡大された脚接着部３を有するハット型断面を有する防撓材において、前記補強部材２の内側にあって、前記心材１の下部側面から下面にわたって下面の全部または一部を覆うように繊維強化プラスチックからなる第２の補強部材５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなるハット型断面の防撓材及びその製造方法並びにその防撓材を用いたＦＲＰ構造物に係り、特に、舟艇の船殻、耐食タンク、建材パネル等のＦＲＰ構造物に使用される防撓材の構造に関する。

一般に、防撓材は構造物の軽量化と強度保持の目的で使用される。例えばＦＲＰ船においては、肋骨材として、図９に示すようなハット型断面を有する防撓材（ハット型防撓材）が使用されている（非特許文献１参照）。
このハット型防撓材は、心材１と、心材１の側面および上面を覆うように該心材１に接合されたＦＲＰ製の補強部材２とからなり、該補強部材２が外側に鍔状に拡大された脚接着部３を有する構成となっている。この脚接着部３によりハット型防撓材を、ＦＲＰ船の船底を構成するシェルやパネル１０等に縦方向に接着することで、船底の縦肋骨材が形成される。なお、ハット型防撓材の設置方向は対象の構造物により縦または横方向、あるいは両方向とされる。

「ＦＲＰ船の構造設計」日本造船学会誌第７７７号ｐ３７（１９９４年３月発行）

上記のように、従来のハット型防撓材は、ＦＲＰ製の補強部材２が心材１の側面から上面にかけて外表面をハット状に覆うように一体に接合されたものであり、心材１の下面には接合されていない。そのため、このようなハット型防撓材の上に装置を設置した場合にはその装置の重量や振動により、あるいは防撓材で補強されたパネルが、タンクや船殻などのように液に接している場合にはその流体の運動により、脚接着部３をシェルやパネル等の被接着板材から剥離させようとする力がかかることがあり、そのような力によって、防撓材の脚接着部が剥離することがあった。
特に、上記のような防撓材の構造では、ＦＲＰ成形樹脂の接着強度特性や補強部材屈曲部４における心材と補強部材間の隙間に充填されるコーナー充填材（図９では省略）の特性の改善にも限界があるため、補強部材２の立ち上がり屈曲部４に生じる応力集中を減少させることが難しく、剥離強度（接着強度）の向上が難しいという問題があった。
また、防撓材を真空補助含浸成形する際に、補強部材２の立ち上がり屈曲部４に樹脂が溜まりやすく、そのため繊維含有率が下がって強度が低下しやすくなるという問題もあった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、接着面積の増加とともに剥離強度（接着強度）を向上させることができる防撓材およびその製造方法並びにその防撓材を用いたＦＲＰ構造物を提供することを目的とする。
また、本発明は、補強部材の立ち上がり屈曲部の形状を滑らかにするとともに、樹脂溜まりを生じることのない防撓材およびその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る防撓材は、心材と、該心材の側面および上面を覆うように該心材に接合された繊維強化プラスチックからなる補強部材とからなり、該補強部材が外側に拡大された脚接着部を有するハット型断面を有する防撓材において、
前記補強部材の内側にあって、前記心材の下部側面から下面にわたって下面の全部または一部を覆うように繊維強化プラスチックからなる第２の補強部材を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の防撓材は、前記補強部材の立ち上がり屈曲部における前記第２の補強部材のコーナー部に、略三角形断面の樹脂含浸性を有するコーナー充填材が設けられていることを特徴とする。

この場合、前記コーナー充填材は、第１のコーナー充填材と、該第１のコーナー充填材の外側に配置され、略三角形断面の不織布からなる第２のコーナー充填材とからなるものとするのが好ましい。

また、本発明の防撓材の製造方法は、成形型上にパネル基材を載置し、該パネル基材上に、予め心材の下面から側面にかけて第２の補強部材を貼り付けてなる心材と、該心材の隅部にコーナー充填材を載置し、さらに前記心材およびコーナー充填材を第１の補強部材で両側の裾部が前記パネル基材上に広がるように覆うことにより、被成形物を前記成形型上にセットし、
前記被成形物を第１の真空フィルムで覆い、前記第１の補強部材の立ち上がり屈曲部に対応するコーナー部に前記第１の真空フィルム上から通気性を有する柔軟な押し当て材をあてがい、さらに前記第１の真空フィルムおよび押し当て材上を第２の真空フィルムで二重に覆い、前記第１の真空フィルムの内部および前記第１の真空フィルムと第２の真空フィルムの間を脱気し、この脱気の過程で樹脂を注入するものである。

また、本発明の防撓材の製造方法においては、前記押し当て材に、砂袋を用いることが好ましい。

また、前記コーナー充填材は、第１のコーナー充填材と、該第１のコーナー充填材の外側に配置され、略三角形断面の不織布からなる第２のコーナー充填材とからなるものである。

また、本発明のＦＲＰ構造物は、本発明の防撓材を繊維強化プラスチックからなる板材に接着してなるものである。

本発明によれば、ハット型断面を有する防撓材の補強部材の内側にあって、前記心材の下部側面から下面にわたって下面の全部または一部を覆うように繊維強化プラスチックからなる第２の補強部材を設けたので、第２の補強部材の分だけ接着面積が増加するとともに、補強部材の立ち上がり屈曲部の応力集中を減少させることができる。したがって、防撓材の剥離強度（接着強度）が向上する効果がある。

また、補強部材の立ち上がり屈曲部における第２の補強部材のコーナー部に、第１のコーナー充填材と、該第１のコーナー充填材の外側に配置され、略三角形断面の不織布からなる第２のコーナー充填材とを配置することにより、補強部材の立ち上がり屈曲部が滑らかな曲面に形成されるとともに、真空補助含浸成形の際に、樹脂溜まりを生じることなくその立ち上がり屈曲部の強度が向上する効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す防撓材の断面図である。
この実施形態の防撓材は、従来のハット型防撓材の心材１の下部にＦＲＰからなる第２の補強部材５を設けたものである。すなわち、補強部材（第１の補強部材）２の内側にあって、心材１の両側の側面から底面の部分にわたって第２の補強部材５を心材１に接合した構成となっている。また、第２の補強部材５は、防撓材の全長にわたって心材１の底面全体に設けられている。

また、ＦＲＰからなる第１の補強部材２は、心材１の上面および側面を覆うとともに、第２の補強部材５の心材側面部６を覆って心材１および心材側面部６に接合されており、さらに左右外側に鍔状に拡大する脚接着部３を有する構成となっている。図中、７はパテやウレタンフォーム等からなるコーナー充填材であり、補強部材２の立ち上がり屈曲部４における補強部材２と第２の補強部材５間の隙間を充填するものである。コーナー充填材７は略三角形断面を有するものであれば特に材料は限定されない。１０は防撓材が接着されるパネルやシェル等の板材である。

心材１の材料は特に限定されるものではないが、ウレタンフォームや木材等からなっている。また、心材１の断面形状も任意であるが、通常台形や四角形である。第２の補強部材５および補強部材２は同種または異種の繊維強化プラスチックを用いることができる。繊維強化プラスチックとしては、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などがあげられる。

心材１の側面から下面にわたるＦＲＰ補強は、心材設置前に心材に対して成形硬化させても良いし、真空補助含浸成形時には補強布がドライの状態で心材に糊付けした状態で設置し、防撓材本体の樹脂含浸と同時に成形しても良い。
心材１の側面から下面にわたって補強するＦＲＰ製の第２の補強部材５は、第１の補強部材２と必ずしも同種の繊維、布種類とする必要はない。例えば、第１の補強部材２が炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であっても、第２の補強部材５はガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）とすることもできる。またその逆の組み合わせでも良い。

このハット型防撓材は、上記のように構成されているので、パネルやシェル等の板材１０に接着したとき、第１の補強部材２の脚接着部３に加えて第２の補強部材５も接着されるため、従来のものに比べて第２の補強部材５の分だけ接着面積が増加する。そのため、この防撓材に装置等の重量や振動により垂直荷重のほかに水平荷重が加わっても、第１の補強部材２の脚接着部３と第２の補強部材５の接着力によって、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４の発生応力を減少させることができるため、脚接着部３や第２の補強部材５の剥離強度が大きく向上する。

したがって、このハット型防撓材によれば、接着強度（剥離強度）の高いものが得られる。また、このハット型防撓材を使用したＦＲＰ構造物では防撓材の剥離が原因となるトラブルを防ぐことができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２を示す防撓材の断面図である。
この実施形態の防撓材は、第２の補強部材５を前述のように心材１の下面全体ではなく一部分に設けたものである。すなわち、第２の補強部材５は、心材１の下面全体を覆うのではなく、主にそのコーナー部分を覆う形態となっている。また、図示は省略するが、防撓材の長手方向にも部分的あるいは断続的に設けてもよいものである。その他の構成は図１と同じである。

このような防撓材の構成によっても、前述のとおり、接着面積の増加と相俟って、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４の発生応力を減少させることができるため、剥離を生じることがなく、高い接着強度を持つ防撓材が得られる。また、このハット型防撓材を使用したＦＲＰ構造物では防撓材の剥離が原因となるトラブルを防ぐことができる。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３を示す防撓材の断面図、図４は図３のＡ部の拡大断面図、図５は第２のコーナー充填材の形態例を示す説明図である。
上述の実施の形態１、２では、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４における第２の補強部材５のコーナー部に生じる隙間をコーナー充填材（第１のコーナー充填材）７のみで埋める構成としたが、本実施の形態では第１のコーナー充填材７と第２のコーナー充填材８とで上記隙間を埋める構成としたものである。第２のコーナー充填材８は、第１のコーナー充填材７と第１の補強部材２との間に介在させられる。すなわち、この第１のコーナー充填材７と第１の補強部材２との間のコーナー空隙部は、真空補助含浸成形の際に、注入された樹脂が溜まりやすく、樹脂溜まりを形成して繊維含有率が下がる結果、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４にクラック等が発生して強度が低下しやすくなる。そこで、この部分を補強するために、第２のコーナー充填材８を真空補助含浸成形の際に入れることにしたものである。

第２のコーナー充填材８は、樹脂含浸性を有する材料であり、例えばポリエステル短繊維による不織布にガラスマイクロバルーンを混在させてなる心材用素材（商品名「コアマット」と呼ばれる不織布）などを使用して、例えば図５に示すように、断面がほぼ三角形状に形成されたものを用意する。そしてこれを真空補助含浸成形の際に三角形の頂部が図３において下向きになるように、第１のコーナー充填材７にあてがって設置する。なお、第２のコーナー充填材８は、樹脂含浸性で軟質のものであれば特に材料は限定されるものではなく、プラスチックフォーム等でもよい。

図５は、第２のコーナー充填材８の形態例を示すものであり、同図の（ａ）は、幅の異なる複数枚（ここでは３枚）の上記コアマットのシート８ａ、８ｂ、８ｃを用いて、接着により三角形断面（山形状）に形成したものである。この場合、各シートの厚さは同じでもよいし、異なっていてもよい。また、同図の（ｂ）は、一枚のコアマットのシート８ａを折り畳んで接着により三角形断面（山形状）に形成したものである。もちろん、第２のコーナー充填材８として、（ｃ）のように、あらかじめ三角形断面に成形したプラスチック発泡材等の成形品を用いてもよい。そして、これらのシートや成形品からなる第２のコーナー充填材８を上述のように真空補助含浸成形の際に三角形の頂部が図３において下向きとなるように設置する。真空補助含浸成形の際、樹脂がこの第２のコーナー充填材８に浸透して、第１のコーナー充填材７と第１の補強部材２の間に生じる略三角形状の空隙を第２のコーナー充填材８が埋め、第１のコーナー充填材７と第１の補強部材２を第２のコーナー充填材８を介して強固に接合する。その結果、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４の内側に樹脂溜まりが発生するのを防止することができ、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４の強度を向上させることができる。

次に、上述した防撓材の製造方法を図６〜図８の工程図を参照して説明する。ここでは、実施の形態３に示した防撓材の製造方法を示すが、実施の形態１、２の場合でも同様である。

まず、成形型５０の上に、パネル基材１１を載置する（図６（ａ））。パネル基材１１は、ここでは強化繊維布を用いている。また、強化繊維布を複数枚重ねて載置しているが、もちろん強化繊維布は一枚でもよいものであり、厚みや強度を出すためには複数枚使用するのが普通である。
なお、成形型５０の材質は、鋼、ＦＲＰ、木材などであり、特に限定されない。強化繊維布は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの織物やマットが使用される。

次に、上記強化繊維布のパネル基材１１の上に、あらかじめ心材１の下面から側面にかけて第２の補強部材（例えば、強化繊維布）５を貼り付けたものを載置する（図６（ｂ））。

次に、上記第２の補強部材５付き心材１の両側の隅部に、それぞれ、第１のコーナー充填材７と第２のコーナー充填材８を、第２のコーナー充填材８が外側となるように配置してあてがう（図７（ｃ））。なお、同図には第１、第２のコーナー充填材７、８の拡大図を併記してある。第１、第２のコーナー充填材７、８は、全体として断面形状が略三角形となっている。

次に、上記第２の補強部材５付き心材１の上から第１の補強部材２として強化繊維布を被せ、隅部の第１、第２のコーナー充填材７、８をこの強化繊維布で覆い、さらに両側の裾部２ａがパネル基材１１上に広がるように覆う（図７（ｄ））。

以上により、被成形物（パネル基材１１、第２の補強部材５付きの心材１、第１および第２のコーナー充填材７、８、ならびに第１の補強部材２からなる成形対象物）のセッティングが終了する。そして、この被成形物の全体を第１の真空フィルム５１で覆い、第１の真空フィルム５１の周辺部を第１のシール材５２でシールする。その後、第１の真空フィルム５１の内部を、図示しないブロワと脱気ホースにより吸引・脱気して第１の真空フィルム５１を被成形物に密着させる（図７（ｅ））。

次に、第１の補強部材２の立ち上がり屈曲部４に対応するコーナー部に、例えば砂袋のごとき柔軟な通気性のある押し当て材５３をあてがった後に（図８（ｆ））、第２の真空フィルム５４で第１の真空フィルム５１上を二重に覆い、第２の真空フィルム５４の周辺部を第２のシール材５５シールする（図８（ｇ））。

そして、第１の真空フィルム５１の内部を脱気するとともに、第１の真空フィルム５１と第２の真空フィルム５４の間を脱気し、この脱気過程において、第１の真空フィルム５１の内部に樹脂注入ホース（図示せず）を通じて樹脂を注入し、被成形物に樹脂を含浸させる（図８（ｈ））。
その後、含浸樹脂の硬化後、第１、第２の真空フィルム５１、５４を剥がして被成形物を脱型すれば、図３に示したような防撓材が得られる。すなわち、パネル基材１１はその強化繊維布に樹脂が含浸されて繊維強化プラスチック製の板材１０となり、その板材１０上に防撓材が一体成形されたＦＲＰ構造物が得られる。

この製造方法によれば、真空補助含浸成形の際に、第１の補強部材５の立ち上がり屈曲部４に対応するコーナー部が、砂袋のごとき柔軟な通気性のある押し当て材５３で押圧されるため、その立ち上がり屈曲部４は皺などを発生することなく、きわめて良好な曲面に形成される。すなわち、第１の補強部材５の立ち上がり屈曲部４の形状精度が向上する。しかも、その立ち上がり屈曲部４における第２の補強部材５のコーナー部には、第１のコーナー充填材７と、その外側に略三角形断面の不織布からなる第２のコーナー充填材８とを配置しているので、樹脂溜まりを生じることがなく、したがってクラック等が発生することなく立ち上がり屈曲部４の強度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１を示す防撓材の断面図。本発明の実施の形態２を示す防撓材の断面図。本発明の実施の形態３を示す防撓材の断面図。図３のＡ部の拡大断面図。第２のコーナー充填材の形態例を示す説明図。本発明の防撓材の製造方法を示す工程図。図６に続く製造工程図。図７に続く製造工程図。従来の防撓材の断面図。

符号の説明

１心材
２補強部材
３脚接着部
４補強部材の立ち上がり屈曲部
５第２の補強部材
６第２の補強部材の心材側面部
７コーナー充填材
８第２のコーナー充填材
１０板材
１１パネル基材
５０成形型
５１第１の真空フィルム
５２第１のシール材
５３押し当て材
５４第２の真空フィルム
５５第２のシール材

Claims

心材と、該心材の側面および上面を覆うように該心材に接合された繊維強化プラスチックからなる補強部材とからなり、該補強部材が外側に拡大された脚接着部を有するハット型断面を有する防撓材において、
前記補強部材の内側にあって、前記心材の下部側面から下面にわたって下面の全部または一部を覆うように繊維強化プラスチックからなる第２の補強部材を設けたことを特徴とする防撓材。
前記補強部材の立ち上がり屈曲部における前記第２の補強部材のコーナー部に、略三角形断面の樹脂含浸性を有するコーナー充填材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の防撓材。
前記コーナー充填材は、第１のコーナー充填材と、該第１のコーナー充填材の外側に配置され、略三角形断面の不織布からなる第２のコーナー充填材とからなることを特徴とする請求項２記載の防撓材。
成形型上にパネル基材を載置し、該パネル基材上に、予め心材の下面から側面にかけて第２の補強部材を貼り付けてなる心材と、該心材の隅部にコーナー充填材を載置し、さらに前記心材およびコーナー充填材を第１の補強部材で両側の裾部が前記パネル基材上に広がるように覆うことにより、被成形物を前記成形型上にセットし、
前記被成形物を第１の真空フィルムで覆い、前記第１の補強部材の立ち上がり屈曲部に対応するコーナー部に前記第１の真空フィルム上から通気性を有する柔軟な押し当て材をあてがい、さらに前記第１の真空フィルムおよび押し当て材上を第２の真空フィルムで二重に覆い、前記第１の真空フィルムの内部および前記第１の真空フィルムと第２の真空フィルムの間を脱気し、この脱気の過程で樹脂を注入することにより前記被成形物に樹脂を含浸させることを特徴とする防撓材の製造方法。
前記押し当て材に、砂袋を用いることを特徴とする請求項４記載の防撓材の製造方法。
前記コーナー充填材は、第１のコーナー充填材と、該第１のコーナー充填材の外側に配置され、略三角形断面の不織布からなる第２のコーナー充填材とからなることを特徴とする請求項４記載の防撓材の製造方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の防撓材を繊維強化プラスチックからなる板材に接着してなることを特徴とするＦＲＰ構造物。