JP2021142673A - 繊維強化樹脂複合板 - Google Patents

Abstract

【課題】厚み方向の少なくとも一側が難燃性のものとなっており、かつ全体として十分な強度および剛性を有し、大量生産に適したＦＲＰ複合板を提供する。【解決手段】ＦＲＰ複合板を、樹脂モルタルで形成された芯材層１の厚み方向の両側に、強化繊維のクロス材を含む補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂが設けられ、各補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂの芯材層１に隣接する側と反対の側に難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂが設けられている構成とすることにより、厚み方向の両側の表面層が難燃性を有し、芯材層を金属以外の材料で形成したものよりも高い強度や剛性が得られ、芯材層を金属系材料で形成したものに比べると軽量で、製造時に補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂと芯材層１を容易に接合することができ、大量生産に適したものとなるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化樹脂層を含む複数の層で形成された繊維強化樹脂複合板に関する。

近年では、種々の建材（壁材や床材）や排水溝の蓋材等の素材として、従来の素材に比べて軽量で設置作業がしやすい繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の複合板が使用されるようになってきている。

上記のような繊維強化樹脂複合板（以下、「ＦＲＰ複合板」とも称する。）には、繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）を含む複数の層で形成され、その厚み方向の少なくとも一側に、使用環境等に応じた特質を付与されたものがある。

例えば、住宅に用いられるＦＲＰ複合板では、一般に、厚み方向の少なくとも一側の表面層が難燃性を有するものであることが求められる。これに対して、特許文献１では、住宅の内装や家具に用いられる化粧パネルとして、芯材の厚み方向の両側に、ガラスクロス等を含むＦＲＰ層と、樹脂含浸ガラス繊維不織布板を熱硬化性樹脂含浸紙で挟んだ表面層とを積層し、その表面層の樹脂含浸ガラス繊維不織布板に水酸化アルミニウム等の吸熱性金属水酸化物を含ませることによって表面層に難燃性を付与したものが提案されている。

また、特許文献２では、住宅用のベランダやバルコニー等を形成する床パネル構造として、板状の芯材の厚み方向の一側に、ガラス繊維等を含むＦＲＰ層と、難燃性樹脂からなる表面層とを積層したものが提案されている。

国際公開第２０１７／１６４１９９号公報 特開２００６−１６１３０３号公報

ところで、上記特許文献１では、芯材として、発泡樹脂系材料から成形された発泡成形体、中空筒状セルの集合体からなるペーパーコア、そのペーパーコアのような紙材に樹脂を含浸させたもの、金属系材料や合成樹脂系材料から形成されたものがあげられている。一方、上記特許文献２では、芯材の素材は発泡性樹脂であれば適宜採択できるとされている。

しかしながら、この特許文献１、２のような構成のＦＲＰ複合板は、厚み方向の少なくとも一側が難燃性のものとなっているという特長はあるが、芯材層を金属系材料で形成する場合を除いて、大きな荷重が負荷されることのある床材として用いられるとき等、用途によっては強度や剛性が不足するおそれがある。一方、芯材層を金属系材料で形成すると、強度や剛性が確保されても、軽量化が困難となるうえ、ＦＲＰ層と芯材層との接合に手間がかかり、大量生産に適さないものとなる。

また、厚み方向の一側は難燃性が求められ、厚み方向の他側は難燃性以外の特性が求められる用途には適用できない場合が多い。例えば、鉄道のレール間に設けられる排水溝の溝蓋では、上面側はレールと車輪によって生じる火花に晒されるため難燃性が求められるが、下面側は排水溝を流れる雨水や地下湧水等の飛散に対する耐食性が求められるので、特許文献１、２のようなＦＲＰ複合板は適用しにくい。

そこで、本発明の第１の課題は、厚み方向の少なくとも一側が難燃性のものとなっており、かつ全体として十分な強度および剛性を有し、大量生産に適したＦＲＰ複合板を提供することであり、第２の課題は、厚み方向の一側が難燃性を有し、他側が耐食性を有するＦＲＰ複合板を提供することである。

上記の第１の課題を解決するため、本願の第１発明の繊維強化樹脂複合板（ＦＲＰ複合板）は、樹脂モルタルで形成された芯材層の厚み方向の少なくとも一側に、強化繊維のクロス材を含む補強用ＦＲＰ層が設けられており、少なくとも１つの前記補強用ＦＲＰ層の芯材層に隣接する側と反対の側に難燃性ＦＲＰ層が設けられている構成とした。

この構成によれば、厚み方向の少なくとも一側の表面層が難燃性を有するうえ、芯材層が樹脂モルタルで形成されているため、芯材層を発泡性樹脂等、金属以外の材料で形成したものよりも高い強度や剛性が得られ、芯材層を金属系材料で形成したものに比べると軽量で、製造時に補強用ＦＲＰ層と芯材層を容易に接合することができ、大量生産に適したものとなる。

また、本願の第２の課題を解決するため、第２発明の繊維強化樹脂複合板（ＦＲＰ複合板）は、芯材層の厚み方向の一側に難燃性ＦＲＰ層が設けられ、前記芯材層の厚み方向の他側に耐食性ＦＲＰ層が設けられているものとした。

この構成によれば、厚み方向の一側が難燃性を有し、他側が耐食性を有するものとなるので、鉄道のレール間に設けられる排水溝の溝蓋等、厚み方向の一側が発火源に晒され、他側が雨水等の飛散するような環境で使用される用途に適したものとなる。

ここで、前記芯材層と難燃性ＦＲＰ層の間と、前記芯材層と耐食性ＦＲＰ層の間の少なくとも一方に、強化繊維のクロス材を含む補強用ＦＲＰ層が設けられている構成とすれば、ＦＲＰ複合板全体の強度や剛性を高められるので、適用可能な用途を広げることができる。

そして、第１発明と第２発明のいずれの場合も、前記難燃性ＦＲＰ層を、防火性能において「難燃性」よりも高いレベルの「不燃性」を有するものとすれば、より広い用途に適用できるようになる。その場合、板全体の厚みは９〜２０ｍｍとすることが望ましい。板全体の厚みが２０ｍｍよりも厚くなると成形性が悪くなるおそれがあり、９ｍｍよりも薄くなると十分な不燃性を得られなくなるおそれがあるからである。

上述したように、第１発明のＦＲＰ複合板は、厚み方向の少なくとも一側の表面層が難燃性を有するうえ、芯材層が樹脂モルタルで形成されているため、強度や剛性の確保と軽量化をバランスよく実現でき、製造時の補強用ＦＲＰ層と芯材層の接合も容易で大量生産に適したものとなっている。

また、第２発明のＦＲＰ複合板は、厚み方向の一側が難燃性を有し、他側が耐食性を有しているので、厚み方向の一側が発火源に晒され、他側が雨水等の飛散するような環境で使用される用途に、効果的に適用することができる。

第１実施形態のＦＲＰ複合板の構成の概略説明図 図１のＦＲＰ複合板の製造方法の説明図 燃焼試験方法を示す斜視図

以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。図１に示す第１実施形態のＦＲＰ複合板は、樹脂モルタルで形成された芯材層１の厚み方向の両側に補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂが設けられ、各補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂの芯材層１に隣接する側と反対の側（表面側）に難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂが設けられている。その芯材層１の厚みは６ｍｍ、厚み方向の一側の補強用ＦＲＰ層２ａと難燃性ＦＲＰ層３ａを合わせた厚み、および他側の補強用ＦＲＰ層２ｂと難燃性ＦＲＰ層３ｂを合わせた厚みはそれぞれ４ｍｍに形成されており、板全体の厚みが１４ｍｍとなっている。

前記厚み方向の一側の補強用ＦＲＰ層２ａは、ガラス繊維のクロス材に樹脂を含浸させた３枚の含浸クロス４と、ガラス繊維の不織布の１種であるチョップドストランドマット５とからなり、その３枚の含浸クロス４が芯材層１に隣接する側に配され、チョップドストランドマット５が難燃性ＦＲＰ層３ａに隣接する側に配されている。チョップドストランドマット５は、板全体の強度等を調整するものであり、用途によっては省略することもできる。一方、前記他側の補強用ＦＲＰ層２ｂは、一側の補強用ＦＲＰ層２ａと同じ構成の３枚の含浸クロス４からなり、チョップドストランドマット５は含まれていない。

ここで、前記芯材層１および含浸クロス４の樹脂はいずれも不飽和ポリエステル樹脂を用いているが、樹脂の種類はこれに限定されない。

前記難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂは、ガラス繊維を強化繊維とするシートモールディングコンパウンド（以下、「ＳＭＣ」と称する。）であり、水酸化アルミニウムを樹脂１００重量部に対して約２００重量部配合することによって難燃性を付与している。

このＦＲＰ複合板は、上記の構成であり、プレス成形によって製造されている。すなわち、このＦＲＰ複合板を製造する際には、図２に示すように、芯材層１の素材である樹脂モルタル１’の上面側に、３枚の含浸クロス４と、チョップドストランドマット５と、難燃性ＦＲＰ層３ａの素材であるＳＭＣ３’を下から順に積層し、樹脂モルタル１’の下面側に、上面側と同じ３枚の含浸クロス４とＳＭＣ３’を上から順に積層した状態で、プレス装置の上型６と下型７で挟み付けて厚み方向に圧力を加えることによって、芯材層１、各補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂおよび各難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂを形成する。なお、このプレス成形の際に、上側の含浸クロス４に含まれる樹脂がチョップドストランドマット５に含浸される。

そして、このＦＲＰ複合板に対して曲げ試験を行った結果、曲げ強さは５０．０ＭＰａ以上、曲げ弾性係数は６．０ＧＰａ以上であることが確認された。

次に、このＦＲＰ複合板に対して行った燃焼試験ついて説明する。その試験方法および燃焼性判定基準は、（社）日本鉄道車両機械技術協会で規定されているものを参考とした。

この燃焼試験の試験方法は、図３に示すように、第１実施形態のＦＲＰ複合板から採取したＢ５判（１８２ｍｍ×２５７ｍｍ）の供試体１０を４５°傾斜させた状態で保持し、燃料容器１１をその底の中心が供試体１０の下面中心の垂直下方２５．４ｍｍに位置するように、コルクのような熱伝導率の低い材質の容器受台１２に載せて、その燃料容器１１に純エチルアルコール０．５ｃｃおよびグラスウールを入れて着火し、アルコールが燃え尽きるまで放置した。また、燃焼判定は、表１に示す燃焼性判定基準に基づいて行うために、アルコールの燃焼中と燃焼後とに分け、燃焼中は供試体１０への着火、着炎、発煙状態、炎の状態等を観察し、燃焼後は残炎、残じん、炭化、変形状態を目視で観察した。

上記の観察において、この供試体１０は、アルコールの燃焼中に着火、着炎がなく、発煙は僅かであり、アルコールの燃焼後は炭化が１００ｍｍ以下の変色に抑制され、変形が１００ｍｍ以下の表面的変形にとどまっていたので、燃焼性の区分としては「不燃性」と判定された。

そして、この燃焼試験は供試体１０の厚み方向の一側面を燃焼面として行ったが、第１実施形態のＦＲＰ複合板は、厚み方向の両側に同じ構成の難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂが設けられているので、厚み方向の両側が「不燃性」を有していると言える。

この第１実施形態のＦＲＰ複合板は、上述したように、厚み方向の両側が燃焼性判定において「難燃性」よりもレベルの高い「不燃性」を有し、防火性能に優れたものとなっているうえ、芯材層１が樹脂モルタルで形成されているので、芯材層を金属以外の材料で形成したものよりも強度および剛性が高く、芯材層を金属系材料で形成したものに比べると軽量である。また、プレス成形によって容易に芯材層１、補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂおよび難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂを形成して互いに接合することができるので、効率よく低コストで製造でき、大量生産に適している。

なお、この第１実施形態では、芯材層１の厚み方向の両側に補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂおよび難燃性ＦＲＰ層３ａ、３ｂを設けているが、用途によっては、片側のみに補強用ＦＲＰ層と難燃性ＦＲＰ層を設け、その反対側には補強用ＦＲＰ層も難燃性ＦＲＰ層も設けないか、あるいは補強用ＦＲＰ層だけを設けるようにしてもよい。

次に、第２実施形態のＦＲＰ複合板は、図示は省略するが、鉄道のレール間に設けられる排水溝の溝蓋として用いられるもので、第１実施形態の厚み方向の他側の難燃性ＦＲＰ層３ｂを耐食性ＦＲＰ層に置き換えたものとなっている。この構成によれば、厚み方向の一側が不燃性を有し、他側が耐食性を有するものとなるので、レールと鉄道車両の車輪との間で発生する火花に対して燃えず、かつ排水溝を流れる雨水等に対して耐腐食性能を発揮することができる。また、その用途は、鉄道レール間の排水溝の溝蓋に限らず、厚み方向の一側が発火源に晒され、他側が雨水等の飛散するような環境で使用される板材に、効果的に適用することができる。

なお、上述した第２実施形態では、第１実施形態と同じく、樹脂モルタルで形成した芯材層１の厚み方向の両側に補強用ＦＲＰ層２ａ、２ｂを設けているが、用途によって強度や剛性に対する要求がそれほど高くない場合は、芯材層の材質を変更したり、少なくとも一方の補強用ＦＲＰ層を省略したりすることができる。

また、各実施形態においてはＦＲＰ複合板全体の厚みを１４ｍｍとしたが、板全体の厚みは芯材層１の厚みを変えることにより容易に調整することができる。その際、板全体の厚みの範囲を９〜２０ｍｍとすれば、プレス成形が容易に行え、不燃性も確保できることが実験により確認されている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、難燃性ＦＲＰ層および耐食性ＦＲＰ層は、各実施形態のように成形性の高いＳＭＣで形成することが好ましいが、他の素材を用いて形成してもよい。

また、各実施形態ではプレス成形によってＦＲＰ複合板の各層の形成・接合を行うようにしたが、各層を別々に形成して接着剤等で接合するようにしてもよい。

１ 芯材層
２ａ、２ｂ 補強用ＦＲＰ層
３ａ、３ｂ 難燃性ＦＲＰ層
４ 含浸クロス
５ チョップドストランドマット

Claims (4)

1. 樹脂モルタルで形成された芯材層の厚み方向の少なくとも一側に、強化繊維のクロス材を含む補強用繊維強化樹脂層が設けられており、少なくとも１つの前記補強用繊維強化樹脂層の芯材層に隣接する側と反対の側に難燃性繊維強化樹脂層が設けられている繊維強化樹脂複合板。
2. 芯材層の厚み方向の一側に難燃性繊維強化樹脂層が設けられ、前記芯材層の厚み方向の他側に耐食性繊維強化樹脂層が設けられている繊維強化樹脂複合板。
3. 前記芯材層と難燃性繊維強化樹脂層の間と、前記芯材層と耐食性繊維強化樹脂層の間の少なくとも一方に、強化繊維のクロス材を含む補強用繊維強化樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂複合板。
4. 前記難燃性繊維強化樹脂層が不燃性を有し、板全体の厚みが９〜２０ｍｍ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繊維強化樹脂複合板。

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