JP2019104188A - Frp-woody composite panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木質板複合パネルの改良、詳しくは、建築材料として充分な強度を有すると共に、比較的軽量で厚みも抑えることができ、しかも、一般的な構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによる固定が可能なFRP-木質板複合パネルに関するものである。 The present invention is an improvement of a wood panel composite panel, specifically, it has a sufficient strength as a building material, can be relatively light weight and can be reduced in thickness, and can be nailed in the same manner as a general structural surface material The present invention relates to an FRP-wood board composite panel that can be fixed by screwing.
周知のとおり、建築用の構造用面材としては、合板やパーティクルボード、MDF等の木質板が一般的に使用されており、これらの木質板を複数枚貼り合わせて強度を高めたものも知られているが、木質板のみから成る構造用面材では強度等に限界があり、また構造用面材に木質板が持つ物性しか付与できないという欠点がある。 As is well known, wood sheets such as plywood, particle board, MDF and the like are generally used as structural facings for construction, and those obtained by bonding a plurality of these wood boards to increase strength are also known. However, there is a limit in the strength and the like of the structural facing made only of wood board, and there is a disadvantage that only physical properties possessed by wood board can be imparted to the structural facing.
そこで、従来においては、裏表の木質板の間に芯材として発泡樹脂層を形成して断熱性を高めた複合パネルも公知となっているが(例えば、特許文献1参照)、この種の複合パネルに関しては、発泡樹脂層によって構造用面材の厚みが大きくなり易いだけでなく、性能面で引張り強度等を高めることが難しいという問題がある。 Then, although the composite panel which formed the foamed resin layer as a core material between the wood boards of the back and front conventionally and raised heat insulation is also publicly known (for example, refer to patent documents 1), regarding this kind of composite panel Not only the thickness of the structural surface material tends to be increased by the foamed resin layer, but there is also a problem that it is difficult to enhance the tensile strength and the like in terms of performance.
また上記構造用面材の一部に高強度の金属材料や高剛性のセラミック材料等を使用することも考えられるが、これらの材料を使用した複合パネルでは、重量が大きくなり易いだけでなく、建築材料として使用する際に釘打ちやビス打ちによる固定が難しくなるため、施工時の作業効率や構造用面材としての使い勝手が悪くなる。 In addition, although it is conceivable to use a high-strength metal material, a high-rigidity ceramic material, or the like for part of the above-mentioned structural surface material, not only the weight tends to be large in a composite panel using these materials. When it is used as a building material, it becomes difficult to fix by nailing or screwing, so that the working efficiency at the time of construction and the usability as a structural surface material deteriorate.
一方、上記木質板の間にFRPシートを挟み込んで芯材層を形成することも考えられるが、ガラス繊維を用いたGFRPでは強度面に限界があり、また芯材層に炭素繊維の平織りシートを積層して樹脂を含浸させたCFRPシートを使用する場合には、炭素繊維を変形させて繊維間に釘やビスを挿通することが難しいため、釘打ちやビス打ちによる固定が困難になる。 On the other hand, it is conceivable to form a core layer by sandwiching an FRP sheet between the above-mentioned wood boards, but there is a limit in the strength surface in GFRP using glass fiber, and a plain weave sheet of carbon fiber is laminated on the core layer. When using a CFRP sheet impregnated with a resin, it is difficult to deform the carbon fiber and insert a nail or a screw between the fibers, so it becomes difficult to fix by nailing or screwing.
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、建築材料として充分な強度を有すると共に、木質板が持っていない物性を付与することができ、また比較的軽量で厚みも抑えることができ、しかも、一般的な構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによる固定が可能なFRP-木質板複合パネルを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to have sufficient strength as a building material and to be able to impart physical properties not possessed by wood board, and also to be relatively It is an object of the present invention to provide an FRP-wood board composite panel which is light in weight, can be reduced in thickness, and can be fixed by nailing or screwing in the same manner as a general structural surface material.
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。 The means employed by the inventor for solving the above problems will be described below with reference to the accompanying drawings.
即ち、本発明は、CFRPシートSから成る芯材層11とその両側に形成された木質板層12とを有するFRP-木質板複合パネルにおいて、前記芯材層11を構成するCFRPシートSとして、連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のUDシート片P・P…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートを使用した点に特徴がある。 That is, according to the present invention, in the FRP-wood board composite panel having the core material layer 11 made of the CFRP sheet S and the wood board layer 12 formed on both sides thereof, the CFRP sheet S constituting the core material layer 11 A sheet formed by bonding a number of UD sheet pieces P and P, which are adhesively integrated in a state in which continuous fibers are arranged in one direction, in a state where the respective sheet pieces are overlapped with one another It is characterized by the point used.
また上記芯材層11については、釘やビス等を打ち易くするために厚さ1.5mm以下のCFRPシートSから形成するのが好ましい。 Further, the core layer 11 is preferably formed of a CFRP sheet S having a thickness of 1.5 mm or less in order to easily hit a nail, a screw or the like.
また上記FRP-木質板複合パネルのパネル本体1を建築物の構造用材料として使用する場合には、木質板層12を構造用合板から形成するのが好ましい。 When the panel body 1 of the FRP-wood board composite panel is used as a structural material for a building, the wood board layer 12 is preferably formed of structural plywood.
また上記CFRPシートSに関しては、釘やビス等の打ち易さと強度とを両立するためにUDシート片P・P…として、幅2mm〜20mm、長さ5mm〜70mm、幅と長さの比率1:1〜1:6の四角形状のものを使用するのが好ましい。 With regard to the CFRP sheet S, the UD sheet pieces P and P have a width of 2 mm to 20 mm, a length of 5 mm to 70 mm, and a width-to-length ratio of 1 to achieve ease of striking and strength such as nails and screws. It is preferable to use a square shape of 1 to 1: 6.
また更に上記CFRPシートSに関しては、釘やビス等の打ち易さと強度とを両立するために、マトリックス樹脂Mにポリアミド系樹脂を使用すると共に、CFRPシートSにおける炭素繊維Fの繊維体積含有率を40%〜60%とするのが好ましい。 Furthermore, with regard to the above CFRP sheet S, in order to achieve both strikeability and strength such as nails and screws, a polyamide resin is used as the matrix resin M, and the fiber volume content of the carbon fiber F in the CFRP sheet S is It is preferable to be 40% to 60%.
本発明では、木質板の間にCFRPシートから成る芯材層を形成して複合パネルを構成すると共に、CFRPシートに、UDシート片を各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたものを使用したことにより、炭素繊維の平織りシートを積層して樹脂含浸したものよりも釘等を挿通する際に炭素繊維を変形させ易くなる。 In the present invention, a core layer made of CFRP sheets is formed between wood sheets to form a composite panel, and UD sheet pieces are adhered to the CFRP sheets in a state in which the sheet pieces are arranged in an overlapping manner. By using the formed material, it becomes easier to deform the carbon fiber when inserting a nail or the like than the one in which a plain weave sheet of carbon fiber is laminated and impregnated with a resin.
そのため、一般的な木質板から成る構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによって構造体に固定することが可能となる。またCFRPシートを芯材層に使用することによって、厚みや重量を抑えつつ強度を高めることができるだけでなく、木質板が持っていないCFRPの物性を構造用面材に付与することも可能となる。 Therefore, it becomes possible to fix to a structure by nailing or screwing in the same manner as a structural lumber made of general wood board. Moreover, by using a CFRP sheet for the core layer, not only it is possible to increase the strength while suppressing the thickness and weight, it is also possible to impart the physical properties of CFRP not possessed by wood board to the structural face material .
したがって、本発明により、従来の木質板から成る構造用面材の使い勝手を損なわずに性能の改善や物性の付加が行えるFRP-木質板複合を提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an FRP-wood board composite capable of improving performance and adding physical properties without impairing the usability of the conventional structural board made of wood board, so that the practical utility value of the present invention is remarkable. high.
『第一実施形態』
本発明の第一実施形態について図1及び図2に基づいて説明する。なお図中、符号1で指示するものは、FRP-木質板複合パネルであり、符号Sで指示するのものは、CFRPシートである。また符号Pで指示するものは、UDシート片であり、符号Fで指示するものは、炭素繊維である。また符号Mで指示するものは、マトリックス樹脂である。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described based on FIG. 1 and FIG. In the figure, reference numeral 1 designates an FRP-wood board composite panel, and reference numeral S designates a CFRP sheet. Moreover, what is designated by the code P is a UD sheet piece, and the one designated by the code F is carbon fiber. Moreover, what is indicated by the code M is a matrix resin.
「FRP-木質板複合パネルの構成」
[1]FRP-木質板複合パネルの基本構成について
まずFRP-木質板複合パネルの基本構成について説明すると、本実施形態では、図1に示すようにCFRPシートSから成る芯材層11とその両側に形成された木質板層12とを有するFRP-木質板複合パネルのパネル本体1を構成している。またパネル本体1の芯材層11を構成するCFRPシートSには、図2〜図4に示すように連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のUDシート片P・P…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートを使用している。
"Configuration of FRP-wood board composite panel"
[1] Basic configuration of FRP-wood board composite panel First, the basic configuration of the FRP-wood board composite panel will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the core material layer 11 made of CFRP sheet S and both sides thereof A panel body 1 of an FRP-wood board composite panel having a wood board layer 12 formed thereon is constructed. Further, as shown in FIG. 2 to FIG. 4, the CFRP sheet S constituting the core material layer 11 of the panel main body 1 includes a large number of UD sheet pieces P ··· which are integrally bonded in a state where continuous fibers are arranged in one direction. A sheet is used which is formed by bonding P ... in a state where the sheet pieces are arranged in a plane so as to overlap each other.
これにより、上記パネル本体1にCFRPシートSの物性を付与することができ、またCFRPシートSから成る芯材層11によってパネル本体1の引張り強度等も高めることができる。また上記CFRPシートSを芯材層11に用いることで一般的な木質板から成る建築用パネルと同様に釘打ちやビス打ちによる固定が可能となる。 As a result, the physical properties of the CFRP sheet S can be imparted to the panel main body 1, and the tensile strength and the like of the panel main body 1 can be enhanced by the core material layer 11 made of the CFRP sheet S. Further, by using the above CFRP sheet S for the core layer 11, it becomes possible to fix it by nailing or screwing in the same manner as a general construction panel made of wood board.
[2]芯材層について
〔2-1〕CFRPシートの基本構成
次に上記パネル本体1の各構成要素について説明する。まずパネル本体1の芯材層11に関しては、本実施形態では、図2に示すように、多数のUDシート片P・P…を、各シート片の繊維方向をランダムに配向させ(シート片の繊維方向の向きがバラバラになるように並べ)、更に各シート片同士が重なり合うように層状に(二次元方向に)並べた状態で接着してCFRPシートSから構成している。
[2] Core Material Layer [2-1] Basic Configuration of CFRP Sheet Next, each component of the panel main body 1 will be described. First, with regard to the core layer 11 of the panel main body 1, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, a large number of UD sheet pieces P, P... Are randomly oriented in the fiber direction of each sheet piece The CFRP sheets S are formed by bonding in a state where they are arranged in layers (in a two-dimensional direction) so that the sheet pieces overlap with each other so that the directions of the fiber direction are separated).
また上記CFRPシートSについては、図3に示すように炭素繊維Fにマトリックス樹脂Mである熱可塑性樹脂を含浸させた構造としている。また上記CFRPシートSを構成する各UDシート片Pについては、図4に示すように連続繊維(本実施形態では炭素繊維)を一方向に配列した状態で接着一体化して形成している。これにより強度と賦形性に優れたCFRPシートSを形成できる。 The CFRP sheet S has a structure in which a carbon fiber F is impregnated with a thermoplastic resin which is a matrix resin M as shown in FIG. Moreover, about each UD sheet piece P which comprises said CFRP sheet S, as shown in FIG. 4, it adheres and integrates and is formed in the state which arranged the continuous fiber (this embodiment carbon fiber) in one direction. Thereby, a CFRP sheet S excellent in strength and shapeability can be formed.
〔2-2〕炭素繊維
また上記CFRPシートSに使用される炭素繊維Fに関しては、本実施形態では強度に優れ、かつ、コストの面でも有利なPAN系炭素繊維を使用しているが、弾性率に優れたピッチ系炭素繊維を使用することもできる。
[2-2] Carbon Fiber With regard to the carbon fiber F used for the CFRP sheet S, in the present embodiment, PAN-based carbon fiber which is excellent in strength and advantageous in cost is used. It is also possible to use pitch-based carbon fibers having an excellent rate.
〔2-3〕炭素繊維の繊維体積含有率(Vf)
また上記CFRPシートSにおける炭素繊維Fの繊維体積含有率(Vf)に関しては、本実施形態ではVf50%のものを使用しているが、炭素繊維Fの含有率が低過ぎると充分な強度が得られず、また炭素繊維Fの含有率が高過ぎると釘やビス等の打ち込みが難しくなるため、Vf40%〜60%の範囲内で調整するのが好ましい。
[2-3] Fiber volume content (Vf) of carbon fiber
In addition, with regard to the fiber volume content (Vf) of carbon fibers F in the above CFRP sheet S, in the present embodiment Vf 50% is used, but if the content of carbon fibers F is too low, sufficient strength is obtained If the content of carbon fiber F is too high, it will be difficult to drive nails and screws etc. Therefore, it is preferable to adjust within the range of Vf 40% to 60%.
〔2-4〕マトリックス樹脂
また上記マトリックス樹脂Mに関しては、本実施形態ではポリアミド系樹脂(ナイロン樹脂)を採用しているが、炭素繊維Fに対して含浸性を有する樹脂であればその他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を使用することもでき、具体的には木質板層12との接着性を考慮して、マトリックス樹脂MにEVA樹脂、PVA樹脂、変性ポリオレフィン樹脂を使用することもできる。またその他にもPETやポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ABS樹脂、ポリエーテルイミド、フッ素系樹脂等を採用できる。
[2-4] Matrix Resin In the present embodiment, a polyamide-based resin (nylon resin) is used for the matrix resin M, but any heat may be used if it is a resin having an impregnating property to the carbon fiber F. A plastic resin or a thermosetting resin can also be used, and specifically, an EVA resin, a PVA resin, or a modified polyolefin resin can be used as the matrix resin M in consideration of the adhesion to the wood board layer 12 . Besides, PET, polyethylene, polystyrene, polycarbonate, ABS resin, polyether imide, fluorine resin and the like can be adopted.
〔2-5〕マトリックス樹脂の含浸方法
また炭素繊維F間にマトリックス樹脂Mを含浸させる方法としては、本実施形態では、層状に並べたUDシート片P・P…上にフィルム状の熱可塑性樹脂を積層して、この熱可塑性樹脂とUDシート片P・P…とを熱プレスすることによって、熱可塑性樹脂を炭素繊維F間に含浸させているが、UDシート片P・P…上に粒状または短繊維状の熱可塑性樹脂を積層して含浸させることもできる。またマトリックス樹脂Mの含浸率に関しては、全てのUDシート片Pの炭素繊維F中に完全含浸させる必要はなく、各UDシート片P・P…が接着される程度に含浸させるだけでもよい。
[2-5] Impregnation Method of Matrix Resin In addition, as a method of impregnating the matrix resin M between carbon fibers F, in the present embodiment, a thermoplastic resin in the form of a film on the UD sheet pieces P and P arranged in layers The thermoplastic resin is impregnated between the carbon fibers F by hot-pressing the thermoplastic resin and the UD sheet pieces P and P, but the UD sheet pieces P and P are granular. Alternatively, the short fiber thermoplastic resin can be laminated and impregnated. Further, with respect to the impregnation rate of the matrix resin M, it is not necessary to completely impregnate the carbon fibers F of all the UD sheet pieces P, but it may be impregnated to such an extent that each UD sheet piece P · P.
〔2-6〕マトリックス樹脂の含浸性
なお上記マトリックス樹脂Mの含浸方法のうち、UDシート片P・P…上にフィルムを積層して熱プレスする方法を採用する場合には、含浸性に優れたポリアミド系樹脂を採用するのが好ましい。またポリアミド系樹脂よりも含浸性は劣るもののポリプロピレンやETFE(テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体)を採用することもできる。参考までに熱可塑性樹脂の含浸性の試験結果を下記表1に示す。
〔2-7〕UDシート片の形状
また図3に示すUDシート片Pに関しては、本実施形態では幅W5mm×長さL20mmのものを使用しているが、強度と賦形性を考慮して幅W2mm〜20mm(好ましくは5mm〜10mm)、長さL5mm〜70mm(好ましくは10mm〜30mm)、幅Wと長さLの比率1:1〜1:6の四角形状のものを使用することができる。なお本明細書中においては、炭素繊維Fの長さ方向に平行な方向をUDシート片Pの長さ方向とし、それに垂直な方向を幅方向とする。
[2-7] Shape of UD Sheet Piece In addition, with regard to the UD sheet piece P shown in FIG. 3, in the present embodiment, one having a width W 5 mm × length L 20 mm is used, but in consideration of strength and shapeability. Use a square shape having a width W2 mm to 20 mm (preferably 5 mm to 10 mm), a length L 5 mm to 70 mm (preferably 10 mm to 30 mm), and a ratio of width W to length L 1: 1 to 1: 6 it can. In the present specification, the direction parallel to the longitudinal direction of the carbon fibers F is taken as the longitudinal direction of the UD sheet piece P, and the direction perpendicular thereto is taken as the transverse direction.
〔2-8〕CFRPシートとUDシート片の厚み
また上記CFRPシートSの厚みに関しては、本実施形態では、1.0mmとしているが、0.3mm〜1.5mmの範囲で設計するのが好ましい。なお上記芯材層11の厚みが2.0mmのCFRPシートSを使用した場合には、パネル本体1に対して釘やビス等を打ち込むことができなかった。
[2-8] Thickness of CFRP Sheet and UD Sheet Piece The thickness of the CFRP sheet S is 1.0 mm in this embodiment, but it is preferable to design in the range of 0.3 mm to 1.5 mm. In addition, when the thickness of the said core material layer 11 used CFRP sheet S of 2.0 mm, the nail | claw, the screw, etc. were not able to be driven in with respect to the panel main body 1. FIG.
またUDシート片Pの厚みに関しては、40μm〜100μmの範囲で設計するのが好ましい。またCFRPシートS中において積層されるUDシート片P・P…の厚さ方向の平均枚数に関しては、本実施形態では5.0枚〜6.0枚の範囲に設計しているが、強度や樹脂の含浸性を考慮して2.0枚〜10.0枚の範囲で設計するのが好ましい。 Moreover, regarding thickness of UD sheet piece P, it is preferable to design in 40 micrometers-100 micrometers. The average number of UD sheet pieces P and P stacked in the CFRP sheet S in the thickness direction is designed to be in the range of 5.0 sheets to 6.0 sheets in the present embodiment, but the strength and the impregnation of resin are as follows. It is preferable to design in the range of 2.0 sheets to 10.0 sheets in consideration of.
〔2-9〕CFRPシートの物性値
なお上記CFRPシートSについては、厚さを2.0mmとしたときの破断歪みが、炭素繊維の平織りシートを積層して樹脂を含浸させて成る従来のシート積層品よりも大きく、また引張強度や曲げ破壊強さについては、従来のシート積層品に近い数値が得られた。具体的な数値については以下の表2に示す。
[3]木質板層について
また上記パネル本体1の木質板層12に関しては、本実施形態では建築物の面材料として利用できるように構造用合板を使用しているが、構造用合板以外の合板やストランドボード、パーティクルボード、ファイバーボード、インシュレーションボード、MDF(中密度繊維板)、ハードボード、CLTパネル等の木質系の板材を選択して使用することができる。
[3] Regarding the wood board layer With regard to the wood board layer 12 of the panel main body 1 in the present embodiment, structural plywood is used so that it can be used as a facing material for buildings, but plywood other than structural plywood Wood-based board materials such as strand board, particle board, fiber board, insulation board, MDF (medium density fiber board), hard board, CLT panel and the like can be selected and used.
1 パネル本体
11 芯材層
12 木質板層
S CFRPシート
M マトリックス樹脂
F 炭素繊維
P UDシート片
1 Panel body
11 core layer
12 wood board layer S CFRP sheet M matrix resin F carbon fiber P UD sheet piece
Claims (5)
前記芯材層(11)を構成するCFRPシート(S)として、連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のUDシート片(P)(P)…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートが使用されていることを特徴とするFRP-木質板複合パネル。 In an FRP-wood board composite panel having a core layer (11) made of CFRP sheet (S) and a wood board layer (12) formed on both sides thereof,
As a CFRP sheet (S) constituting the core layer (11), a large number of UD sheet pieces (P) (P) ... formed by bonding and integrating continuous fibers in one direction, each sheet piece An FRP-wood board composite panel characterized in that a sheet formed by bonding in a state of being arranged in a planar manner so as to overlap with each other is used.
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