JP2012126045A

JP2012126045A - 樹脂成形体及び樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2012126045A
Application number: JP2010280406A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Saito; 康宏斉藤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】本発明は、より防音効果の高い樹脂成形体を開発することを目的とした。
【解決手段】繊維補強された熱硬化性樹脂からなる多数の小片が同一若しくは異なる種類の熱硬化性樹脂で固められてなる樹脂成形体１であって、樹脂成形体１の外層３側と内層２側とで前記熱硬化性樹脂と前記小片間の重量比率が相違し、外層３側の外部小片７に対する外部樹脂８の重量比率が内層２側の内部小片５に対する内部樹脂６の重量比率よりも高い構成としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂成形体及び樹脂成形体の製造方法に関するものであり、特に鉄道の線路の付近に設ける防音用樹脂成形体に関するものである。

従来から、鉄道軌道において、車輪・レールの振動から生じる転動音や、鉄桁橋やコンクリート高架橋等の構造物の振動による構造物音などの特に車輌の下部で発生する騒音が問題となっている。これらの騒音対策として、鉄道軌道に多孔質パネルを防音パネルとして設置する等の対策が講じられている。

防音用の多孔質パネルは例えば特許文献１，２，３に開示されている。
特許文献１に開示された多孔質パネルは、ポリカーボネート樹脂で作られたものであり、ポリカーボネート樹脂の基板に被覆層が設けられたものである。
特許文献２に開示された多孔質パネルは、空気層を挟んで複数の多孔質パネルを配置したものである。
特許文献３に開示された多孔質パネルは、ポリウレタン粉末をポルトランドセメント等の無機バインダーで固めたものである。

特開平６−７１８３２号公報特開平５−７１１０９号公報特開２００５−２２６３６１号公報

ところで、ウレタン等の熱硬化性樹脂が建材やまくら木、自動車関連部品等に広く使用されている。そのためこれらの製造工場や施工現場では、これらの廃材が多く排出され、これらの有効利用が望まれている。
そこで本発明者は、特許文献３に習い、ウレタン等の廃材を利用して防音パネルを製造することを考えた。また防音パネルの用途は、鉄道の線路の付近に設けるものを想定して開発を進めることとした。
ここで特許文献３に記載の発明では、バインダーとしてポルトランドセメント等の無機材料を使用するが、無機材料は重く、且つ硬化に時間がかかるので、有機物たる樹脂を使用することとした。
即ち本発明者は、発泡ウレタンの小片を樹脂で固めてパネルを成形した。なお試作したパネルは、均質なものであった。即ち試作したパネルは、発泡ウレタンの小片とバインダーたる樹脂の比率がいずれの部位も同一であった。
そして、本発明者は、このパネルを鉄道の線路の付近に設置し効果を確認した。
しかしながら試作したパネルは、十分な防音効果が得られなかった。

そこで本発明は、上記した問題点に鑑み、より防音効果の高い樹脂成形体を開発することを課題とするものである。

多孔質パネルの吸音のメカニズムを考察すると、次の通りである。
即ち、一般的に多孔質パネルの吸音メカニズムは、多孔質の空隙に音が侵入し、空隙内の壁との摩擦や音波同士の干渉により音のエネルギーが減少したり、空隙内の壁が振動することにより、運動エネルギーに変換することで音のエネルギーが減少して、結果的に音が減衰するとされている。
従って、防音パネルの防音効果を向上させるためには、空隙（多孔質の空隙）を多くし、空隙に音が侵入し易い構造とすればよい。
しかしながら、鉄道の線路の付近に設けるためには、パネルとしての形状を維持する必要がある他にも、ある程度の剛性を保持している必要があり、空隙（多孔質の空隙）を多くすると、全体の剛性が低下し、形状の維持が困難となる。
そこで本発明者は、発泡ウレタン等の小片とバインダーたる樹脂の比率を場所によって異ならせ、外郭を構成する外層側はバインダーの比率を多くしてパネルの剛性を確保し、実質的に防音に寄与する内層側はバインダーの比率を下げて小片同士の隙間を確保することを考えた。

上記した知見に基づいて開発された請求項１に記載の発明は、繊維補強された熱硬化性樹脂からなる多数の小片が同一若しくは異なる種類の熱硬化性樹脂で固められてなるパネル状の樹脂成形体であって、樹脂成形体の外層側と内層側とで前記熱硬化性樹脂と前記小片間の重量比率が相違し、外層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率が内層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率よりも高いことを特徴とする樹脂成形体である。

かかる構成によれば、外層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率が内層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率よりも高いため、外層側では内層側に対して小片同士の熱硬化性樹脂による接着部位が多く、外層側の強度を確保できる。また、内層側では外層側に対して、小片同士の熱硬化性樹脂による接着部位が少なく、高い空隙率を確保できる。それ故に、樹脂成形体全体で考えると、強度を維持しつつ、高い空隙率を確保でき、空隙に音が侵入しやすい。即ち、高い吸音効果を有している。

また、請求項１に記載の樹脂成形体において、外層の成形に用いる樹脂接着材の小片に対する重量比率は１５％以上５０％以下であることが好ましい。（請求項２）

また、請求項３に記載の発明は、小片の短辺は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、前記小片の平均のアスペクト比が５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形体である。

ここでいうアスペクト比とは、縦横比を表し、小片の長辺と短辺に関して、短辺の長さに対する長辺の長さの比（長辺の長さを短辺の長さで割った値）を意味する。また、ここでいう長辺と短辺は、図９のように小片を重なり合わないように最大限に伸ばした時において、小片の回りに小片が最密充填構造となる直方体が存在すると仮定し、その直方体の最大面積を有する面における短辺と長辺のことを表す。

係る構成によれば、小片同士の接触点が少なくなり、より高い空隙率を確保できる。即ち、吸音率が高い。

また請求項３に記載の発明は、樹脂成形体全体の平均空隙率が５０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂成形体である。

係る構成によれば、樹脂成形体の強度と吸音性能を同時に満たすのに好適である。

また請求項１乃至４のいずれかに記載の樹脂成形体において、樹脂成形体の厚さは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、外層の厚さは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。（請求項５）

また、請求項１乃至５のいずれかに記載の樹脂成形体において、小片はガラス繊維補強された熱硬化性樹脂であることが好ましい。（請求項６）

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の樹脂成形体を製造する方法であって、内層の成形に用いる小片と樹脂接着材とを混合し、内層を成形する工程と外層の成形に用いる小片と樹脂接着材とを混合し、外層を成形する工程とを包含することを特徴とする樹脂成形体の製造方法である。

係る方法によれば、樹脂成形体を容易に形成できる。

本発明は、外層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率が内層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率よりも高いため、強度を維持しつつ、高い吸音効果を有している。

本発明の第１実施形態に係る樹脂成形体の斜視図である。本発明の第１実施形態に係る樹脂成形体の断面図である。第１実施形態における樹脂成形体の製造工程を示す説明図であり、（ａ）は下部外層の形成前における図であり、（ｂ）下部外層を形成している図であり、（ｃ）は内層を形成している図であり、（ｄ）は上部外層を形成している図であり、（ｅ）は金型を圧着蓋で閉め加熱している図であり、（ｆ）成形した樹脂成形体を離型している図である。第２実施形態における樹脂成形体の製造工程を示す説明図であり、（ａ）は下部外層形成前の図であり、（ｂ）下部外層を形成している図であり、（ｃ）は内層を形成している図であり、（ｄ）は小型金型から成形した下部外層と内層を離型している図であり、（ｅ）大型金型に成形した下部外層と内層設置している図であり、（ｆ）上部外層を形成している図であり、（ｇ）は大型金型を大型圧着蓋で閉め加熱している図であり、（ｈ）成形した樹脂成形体を離型している図である。本発明の第３実施形態に係る樹脂成形体の設置図である。本発明の第４実施形態に係る樹脂成形体の設置図である。本発明の第５実施形態に係る樹脂成形体の設置図である。本実施例の垂直入射吸音率の測定結果を表すグラフである。小片における長辺と短辺の説明図である。

以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、特に断りがない限り、上下左右の位置関係は、通常の設置位置を基準に説明する。

第１実施形態の樹脂成形体１は、図１に示すように、方形状のパネルであって、まくら木上やレールの間のような鉄道車輌の下部に主に設置するものである。

本実施形態の樹脂成形体１は、図２に示すように、内層２とその周りを覆う外層３とを備えている。なお、内層２と外層３との間は交互に入り交じっており、両者の間に明確な境界存在しないが、以下及び図面において、疑似的な境界を区切って説明する。

樹脂成形体１の厚さは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、その内、外層３の厚さは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
樹脂成形体１の厚さが薄すぎると十分な吸音性能を確保できず、厚すぎると鉄道の運行に支障を与える。また、外層３の厚さが薄すぎると十分な強度を確保できず、厚すぎると十分な吸音性能を得られない。
樹脂成形体１全体の平均空隙率は５０％以上７０％以下であることが好ましい。樹脂成形体１全体の空隙率が大きすぎると強度が確保できず、小さすぎると十分な吸音性能を確保できない。

以下に、樹脂成形体１の各構成について説明する。
まず、内層２の構成について説明する。
内層２は、図２のように内層２内に分散した内部小片５と内部小片５を接着する内部樹脂６（熱硬化性樹脂）によって構成されている。
内層２の内部小片５に対する内部樹脂６の重量比率は０％以上であり、後述する外層３の外部小片７に対する外部樹脂８の重量比率よりも小さい値のものが採用される。特に内層２の内部小片５に対する内部樹脂６の重量比率は０％に近いものほど好ましく、重量比率が０％であることがさらに好ましい。重量比率が０％であれば、内部小片５同士がわずかに接着している状態となり、内層の空隙率が最大となる。
内部小片５の材質は繊維補強した熱硬化性樹脂であれば特に限定されるものでは無く、例えば、内部小片５に用いられる熱硬化性樹脂の材質として、発泡ウレタン、非発泡ウレタン、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂などが用いられる。また、これらの熱硬化性樹脂の補強にはガラス繊維を用いられていることが好ましい。
さらに、内部小片５の材質は繊維補強した熱硬化性樹脂であれば特に限定されるものではないので、異種の材質のものが混ざっていてもよく、他の樹脂製品を作製する際に生じる削り片などの廃材も利用できる。即ち、廃材の再利用が可能であり、低コスト且つ環境の改善に役立つ。

内部小片５の大きさは、短辺が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に、短辺が０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、その時の内部小片５の平均のアスペクト比は５以上であることが好ましく、特にアスペクト比は８以上であることが特に好ましい。また、内部小片５はあらかじめ公知の粉砕機や回転切削機などを用いて長辺及び短辺及び高さの長さ分布のばらつきが小さくなるように加工することが好ましい。

内部樹脂６の材質は熱硬化性樹脂であれば特に限定されるものでは無く、例えば、内部樹脂６に用いられる熱硬化性樹脂の材質として、非発泡ウレタン、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂などが用いられる。
以上が内層２の説明である。

続いて、外層３の説明に移る。
外層３は、図２のように外層３に分散した外部小片７と外部小片７を接着する外部樹脂８によって構成されている。近接する外部小片７同士は部分的に外部樹脂８によって接着されている。
外層３の外部小片７に対する外部樹脂８の重量比率は１５％以上５０％以下である。外層３の外部小片７に対する外部樹脂８の重量比率は２５％以上４５％以下であることが好ましい。外層３の外部小片７に対する外部樹脂８の重量比率が小さすぎると強度が不足し、大きすぎると空隙率が小さくなり、十分な吸音効果をえられない。
外部小片７の材質は繊維補強した熱硬化性樹脂であれば特に限定されるものでは無く、例えば、外部小片７に用いられる熱硬化性樹脂の材質としては、発泡ウレタン、非発泡ウレタン、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂などが用いられる。また、これらの熱硬化性樹脂の補強にはガラス繊維を用いるのが好ましい。
さらに、外部小片７の材質は繊維補強した熱硬化性樹脂であれば特に限定されるものではないので、異種の材質のものを混ぜてもよく、他の樹脂製品を作製する際に生じる削り片などの廃材も利用できる。即ち、廃材を再利用可能であり、低コスト且つ環境の改善に役立つ。

外部小片７の大きさは、短辺が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に、短辺が２ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、その時の外部小片７の平均のアスペクト比は５以上であることが好ましく、特に平均のアスペクト比は８以上であることが特に好ましい。また、外部小片７はあらかじめ公知の粉砕機や回転切削機などを用いて長辺及び短辺及び高さの長さ分布のばらつきが小さくなるように加工することが好ましい。
外部小片７には上記した組成や形状のものを採用している。即ち、外部小片７には、内部小片５と同様の組成のものを用いてもよいし、異なる組成のものを用いてもよい。また、内部小片５と同様の形状のものを用いてもよいし、異なる形状のものを用いてもよい。

外部樹脂８の材質は熱硬化性樹脂であれば特に限定されるものでは無く、例えば、外部樹脂８に用いられる熱硬化性樹脂の材質としては、非発泡ウレタン、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂などが用いられる。

次に、本実施形態に係る樹脂成形体１の製造方法について説明する。樹脂成形体１の製造方法の１つを挙げるが、樹脂成形体１の製造方法については特に限定されるものではない。

本実施形態では１個ずつ成形を行うバッチ成形法を用いたものを説明する。
本実施形態の樹脂成形体は外層３を２部材に分けて作製する。即ち、板状の上部外層３ａと上部に開口を有した筺状の下部外層３ｂを作製する。まず、あらかじめ離型剤を塗布した金型２１（成形型）を用意する（図３（ａ））。続いて、金型２１の外部で外部小片７と液体状の外部樹脂８とを所定の比率で混合し、それを金型２１に挿入し、下部外層３ｂを作製する（図３（ｂ））。即ち、所定の押圧力で圧密させながら、所定の厚みになるように金型２１の底面３１に外部小片７と液体状の外部樹脂８の混合材料（以下、外層混合材料１０とも記す）を敷き詰め、金型２１の側面３２に貼り付けることで下部外層３ｂを作製する。
続いて、金型２１の外部で内部小片５と液体状の内部樹脂６とを所定の比率で混合し、それを下部外層３ｂの内側空間２５に挿入し、内層２を作製する（図３（ｃ））。即ち、所定の厚みになるように下部外層３ｂの内側に内部小片５と液体状の内部樹脂６の混合材料（以下、内層混合材料１１とも記す）を配置し、所定の押圧力で圧密させ、内層２を作製する。なお、液体状の内部樹脂６の割合が０％の場合は内部小片５のみを下部外層３ｂの内側に配置することになり、配置した内部小片５が内層２となる。
その後、内層２の上面に外層混合物を配置し、内層２の周りを外層３で覆う。即ち、下部外層３ｂの内層２からの露出面３４に外層混合物１０を接着させ、所定の押圧力で圧密し、上部外層３ａを作製する（図３（ｄ））。その後、上部外層３ａの上方から圧着蓋３７を載せ、所定の温度で一定時間加熱する（図３（ｅ））。
最後に、離型し、樹脂成形体１が完成する（図３（ｆ））。

以下、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同様のものは同じ付番を付して説明を省略する。
第二実施形態の樹脂成形体１は第一実施形態とは製造方法が異なる。具体的には以下に記す。

本実施形態の樹脂成形体１の製造方法では小型金型２２と大型金型２３の２つの金型を用いる。
まず、あらかじめ離型剤を塗布した小型金型２２（成形型）を用意する（図４（ａ））。続いて外部小片７と液体状の外部樹脂８とを所定の比率で混合し、それを小型金型２２に挿入し、下部外層３ｄを作製する（図４（ｂ））。即ち、所定の厚みになるように小型金型２２の底面３３に外層混合物１０を置き、所定の押圧力で圧密させ、下部外層３ｄを作製する。
続いて、内部小片５と液体状の内部樹脂６とを所定の比率で混合し、それを下部外層３ｄ上に置き内層２を作製する（図４（ｃ））。即ち、所定の厚みになるように下部外層３ｄの上面３５に内層混合物１１を注入し、所定の押圧力で圧密させ、内層２を作製する。なお、液体状の内部樹脂６の割合が０％の場合は内部小片５のみを下部外層３ｂの上面３５に配置することになり、配置された内部小片５が内層２となる。
その後、小型金型２２から下部外層３ｄと内層２を離型する（図４（ｄ））。そして、あらかじめ離型剤を塗布した小型金型２２（成形型）を用意し、大型金型２３の中央位置に設置する（図４（ｅ））。
その後、内層２の露出面３６を覆うように外層混合物１０を大型金型２３に入れ、内層２の周りを外層３で覆う（図４（ｆ））。即ち、下部外層３ｂの内層２からの露出面３６に外層混合物１０を接着させ、所定の押圧力で圧密し、上部外層３ａを作製する。
その後、上部外層３ａの上方から大型圧着蓋３８を載せ、所定の温度で一定時間加熱する（図４（ｇ））
最後に、離型し、樹脂成形体１が完成する（図４（ｈ））。

本実施形態に係る樹脂成形体１の設置位置については限定されるものではなく、例えば、図５のように、レール５２間の略中央位置に複数のまくら木５１の胴部５３を覆うように設置してもよい（第３実施形態）し、図６のように、レール５２の外側位置且つまくら木５１の端部に複数のまくら木５１の端部を覆うように設置してもよい（第４実施形態）。また、図７のように、２つの軌道５５間の略中央位置に設置してもよい（第５実施形態）。

上記した実施形態では１個ずつ成形するバッチ成形法を用いて説明したが、上記の工程を満たしていれば本発明はこれに限定されるものではなく、連続的に成形する連続成形法で作製してもよい（第６実施形態）。

以下に実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

下記した実施形態の方法により、以下の条件を満たす樹脂成形体１を作製した。

（実施例１）
まず、短辺２ｍｍ〜７ｍｍで平均アスペクト比８であるガラス長繊維で補強した発泡ウレタン樹脂成形体の粉砕チップを樹脂比率が３０％となるように液体状の不飽和ポリエステル樹脂と混合し、混合材料を作製した。その混合材料を金型の底面に敷き詰め、側面に貼り付け、下部外層の厚さが２０ｍｍになるように圧密していき下部外層を作製した。その後、下部外層の内側空間に短辺０．５ｍｍ〜１ｍｍで平均アスペクト比３０であるガラス長繊維で補強した発泡ウレタン樹脂成形体の切削片を内層の厚さが９０ｍｍになるように配置し、内層を作製した。その後、下部外層の作製に用いた混合物と同様のものを内層の上面に置き、上部外層の厚さが２０ｍｍになるように圧密していき上部外層を作製した。このようにして、厚さ９０ｍｍ、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、比重０．５ｇ／ｃｍ³である樹脂成形体を作製した。これを実施例１とした。

（実施例２）
内層の材料に短辺２ｍｍ〜７ｍｍで平均アスペクト比８であるガラス長繊維で補強した発泡ウレタン樹脂成形体の粉砕チップを用いた事以外は実施例１と同様の方法で樹脂成形体を作製した。即ち、厚さ９０ｍｍ、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、比重０．５ｇ／ｃｍ³である樹脂成形体を作製した。これを実施例２とした。

（比較例１）
短辺２ｍｍ〜７ｍｍで平均アスペクト比８であるガラス長繊維で補強した発泡ウレタン樹脂成形体の粉砕チップを樹脂比率が３０％となるように不飽和ポリエステルと混合し、混合材料を作製した。その後、その混合材料を金型に挿入し、圧密していき、厚さ９０ｍｍ、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、比重０．５ｇ／ｃｍ³である樹脂成形体を作製した。即ち、小片が均一に分布した樹脂成形体を作製した。これを比較例１とした。

（評価方法）
〔圧縮強度測定〕
ＪＩＳＺ２１０１に準じて、比較限度部分圧縮試験を行った。
その結果を表１に示す。

内層に小片の接着を行う樹脂を使用しない実施例１、２においても、均一に接着された比較例と同等の比例限度が得られた。

〔圧縮強度測定〕
ＪＩＳＡ１４０５に準じて、垂直入射吸音率を測定した。その結果を図８に示す。

２０００Ｈｚ以下の周波数領域において、実施例１、２では比較例１に比べて高い吸音率を示した。

いずれの実施例においても高い空隙率を維持しつつ同等の強度が得られ、本発明に係る樹脂成形体は高い防音効果を有する樹脂成形体であることが示された。

１樹脂成形体
２内層
３外層
５内部小片（小片）
６内部樹脂（熱硬化性樹脂）
７外部小片（小片）
８外部樹脂（熱硬化性樹脂）
２１金型（成形型）
２２小型金型（成形型）
２３大型金型（成形型）

Claims

繊維補強された熱硬化性樹脂からなる多数の小片が同一若しくは異なる種類の熱硬化性樹脂で固められてなるパネル状の樹脂成形体であって、樹脂成形体の外層側と内層側とで前記熱硬化性樹脂と前記小片間の重量比率が相違し、外層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率が内層側の熱硬化性樹脂の小片に対する重量比率よりも高いことを特徴とする樹脂成形体。
外層の成形に用いる樹脂接着材の小片に対する重量比率は１５％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形体。
小片の短辺は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、前記小片の平均のアスペクト比が５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形体。
樹脂成形体全体の平均空隙率が５０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂成形体。
樹脂成形体の厚さは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、外層の厚さは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の樹脂成形体。
小片はガラス繊維補強された熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の樹脂成形体。
請求項１乃至６のいずれかに記載の樹脂成形体を製造する方法であって、
内層の成形に用いる小片と樹脂接着材とを混合後、成形型に配置し、成形型で圧密して内層を成形する工程と
外層の成形に用いる小片と樹脂接着材とを混合後、成形型に配置し、成形型で圧密して外層を成形する工程とを包含することを特徴とする樹脂成形体の製造方法。