JP3806733B2 - ハニカム材セルにフェノールフォーム充填の不燃サンドイッチ構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量で強度があり断熱・防音性能及び不燃特性のある複合芯材を用いたたサンドイッチ構造体である。軽量、高強度、断熱、防音性能があり、不燃特性を持つ材料は、人間及び機器の安全に対し必要な材料である。
サンドイッチ構造体の応用分野としては、輸送機器の安全対策材、高層化する総合ビルや住宅分野の安全対策材、情報管理機器の保全及び航空・防衛機器材がある。
【０００２】
【従来の技術】
不燃構造材料としては現在は無機材料が一般的である。無機材料は重い、断熱性能が悪い、吸水する、脆い等の品質上の問題、及び施工がしにくい取扱い上の改善点が多くある。燃焼問題があるにしても、有機質のウレタン、スチレン、フェノール、ポリエチレン、塩ビ、ポリプロピレン等の高分子製品が問題点の対策品として市場で多く使用されている。
不燃化構造の発明に使用したフェノールフォームは化学構造から不燃材質であり、しかも構造に塩素を含有せず燃焼時のダイオキシン問題もないので利用の拡大が期待されていたが、性能上で脆く取扱がしにくい問題点があり、現状は限られた分野のみに使用されている。従って軽量で、断熱、防音、強度を備え不燃特性を持つサンドイッチ構造品は市場にない。
発明に結びつく不燃構造体の選択材料として、軽量で高強度であるがセル空間が問題とされているハニカム材、不燃材質であるが脆さが問題点であるフェノールフォーム、及び接着力に信頼はあるが危険物に属する接着剤はそれぞれに問題のある材料であるが、優れた長所の特性を引出す構成で複合の不燃構造体開発を実施したことが、従来の技術常識を破る発明につながった。
この材料選択の中で、特に可燃性の接着剤及びペーパーハニカム材を採用し、不燃化を理論付た上で材料設計を証明した技術は従来になかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複合不燃材を開発する条件としては、使用する全ての材料を不燃材で構成するのが早道であるが、目的とする性能を満たす条件がつくと、不燃材の良い材料だけ集めても軽量で高強度、断熱・防音及び不燃特性がありサンドイッチ構造体の芯材として適した構成材料にはならない。
取上げた不燃複合サンドイッチ構造体の開発には、不燃材質の面材と芯材の接着に優れた性能を持つエポキシ又はウレタン系接着剤の使用は欠かすことの出来ない条件になるが、危険物に属する可燃物であることが問題になる。
可燃性の接着剤を使用する場合、接着剤の塗布量を１００ｇ／ｍ^２以下の少量で対策をとる方法もあるが、ハニカム材セルにフェノールフォームが充填された芯材が実用に耐えるサンドイッチ構造体としての性能を維持するためには、３００ｇ／ｍ^２前後が必要になる。
不燃化設計の手段として、フェノールフォームの存在下で可燃性の接着剤及びペーパーハニカム材を使用したサンドイッチ構造体の不燃化構造の確立、及び公的機関での不燃証明が本発明の課題であり狙いである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
不燃化のサンドイッチ構造体は、使用材料からの対策と共に着炎要素である可燃物、酸素、着火源対策にも解決手段があると狙いをつけた。
燃焼条件には一定濃度の酸素の供給が必要であり、構造体の構成材料が燃焼時の酸素遮断になれば可燃物は着炎せず、温度の上昇と共に乾留され炭化することになる。従って燃焼に必要な酸素の供給を遮断する状態の材質構成に不燃化の設計手段をしていれば可燃性の接着剤或いはペーパーハニカム材を使用する場合でも着炎はしない。ここにサンドイッチ構造体の発明のポイントがある。
本構造体の設計の一つは、表面材に不燃金属板であるアルミニウム板を使用し、構造体の芯材は金属であるアルミニウム、水酸化アルミニウム、セラミック系であるケイ酸マグネシウム、及びアラミッド材質のハニカム材の中から使用する不燃ハニカム材を選び、フェノールフォームをハニカム材セルに充填した複合芯材を特徴としており、可燃性の接着剤は不燃の表面材と不燃複合芯材にサンドイッチされた材料構成になっている。
燃焼時に芯材である不燃性のハニカム材とフェノールフォームが炭化し、形状を変えず芯材の役目を果しておれば、サンドイッチされている接着剤への燃焼に必要な酸素が供給はされず、可燃性の接着剤は炭化する。
燃焼試験で使用した、芯材に水酸化アルミニウムハニカム使用のサンドイッチ構造体全体及び複合芯材の状態を確認すると、可燃のエポキシ接着剤はアルミ面材と水酸化アルミニウムハニカムにフェノールフォームが充填された芯材に挟まれ、黒く炭化したまま接着構造を焼結状態で残存しパネル構造体を維持させ、複合芯材もハニカム形状を保持し、フェノールフォームがハニカム材セルに包まれた状態で炭化する。
使用するフェノールフォームが、水酸化アルミニウムハニカムのセルの中で形状が破壊されることなく炭化した状態は、構造体の不燃芯材構成が空気の侵入を防ぎ、接着剤への酸素供給を遮断する役割を果し、燃焼防止効果をもっている証明である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下の実施例により説明する。
【０００６】
【実施例】
実施例−１
図１は、幅９００×長さ１８００×厚み２０ｍｍの、セルサイズ１９ｍｍの水酸化アルミニウムハニカム材に、同一寸法形状の密度２３ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォームが充填された複合芯材の断面図である。
図２は、図１の複合芯材を、可燃性エポキシ接着剤で、面材厚み１．０ｍｍの材質５０５２アルミニウム表面材に、塗布量３００ｇ／ｍ^２で接着したサンドイッチパネル構造体の断面図である。
図３は、建築基準法第２条９号の不燃材料防火試験で実施した、１００×１００×２２ｍｍのパネル切断試験体の、防火試験後の断面図である。試験体は、試験中及び試験完了後も形状を維持しており、防火試験中も着炎がない結果を確認した。この結果は、不燃材質の芯材構成が可燃性の接着剤に対し酸素を遮断し着炎防止になっている事の証明である。
ハニカム材がアルミニウムハニカム材の場合も同じ結果を得ており、鉄道車両用材料燃焼試験、官鉄保第１６号、地車第５０号−ＩＶの試験でも本設計構造体は不燃性に合格した。
実施例−２
樹脂含浸のセルサイズ９ｍｍ、厚み２７ｍｍの可燃性ペーパーハニカム材に、実施例１と同様にフエノールフォームが充填された芯材に、１．０ｍｍの材質５０５２アルミニウム面材を使用し、可燃性のエポキシ系接着剤を３００ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布し接着した試験体は、鉄道車両用材料燃焼試験、官鉄保第１６号、地車第５０号−ＩＶの試験で不燃性に合格した。
この結果は、フェノールフォームで可燃性のペーパーハニカム及び接着剤が覆われ、燃焼時にフェノールフォームの炭化層で空気の侵入を防ぎ酸素の供給が遮断され不燃結果になった証明である。
【０００７】
【発明の効果】
本発明のサンドイッチ構造体は、鉄道車両用材料燃焼試験、官鉄保第１６号、地車第５０号−ＩＶの不燃性に合格、又建築基準法第２条９号不燃材料防火試験についても合格し、構造体が不燃である結果を確認した。
今までは技術常識として、材料の不燃化には可燃物の使用は避けるべきとされていたサンドイッチ構造体を、材料対策からでなく、燃焼要素の除去により構成材料の可燃物問題を解決した。
本発明は、不燃の表面材と不燃性の芯材で可燃性である接着剤がサンドイッチ構造になることより、燃焼要素の一つである酸素の供給を遮断ができる材質構成となる設計により不燃化構造体が得られる事を発明でき、又不燃性構造体の証明ができた。
本発明の不燃サンドイッチ構造体の産業上の利用は、鉄道車両、特装自動車、船、航空の輸送機器分野、及び建築、防衛分野に至るまであり、今まではハニカム材セルを空間のまま使用しているが、フェノールフォーム充填により断熱・防音のハニカム複合材として新しい設計素材としての価値がある。
また有機系断熱材しては８０℃までが限界であった高温領域を、フェノールフォーム充填のハニカム複合材で１００〜１３０℃までの分野まで引上げての応用ができ、本サンドイッチ構造体は不燃を特徴とした多機能効果により新しい設計材料になる。
鉄道車両の内装材は、内装芯材となる断熱材として塩ビ系、ウレタン、ガラス繊維等の有機・無機材が使用されているが、塩ビ系はサンドイッチ構造体の芯材として主流であるが廃棄問題及び燃焼焼却時のダイオキシン発生問題がある。その他の断熱材は限られた空間で厚みは取るが強度効果は全くない材料として使用されている。建築分野に使用される場合でも軽量で断熱・防音・不燃特性のある多機能材料になると見当らない。
本発明構造体の多機能な新素材からは使用材料数の圧縮、ハニカム構造の高強度性能からは軽量のブロック化加工及びユニット化加工が実現でき、工程の合理化にも結びつき、実施の形態は壁材等のサンドイッチパネル単品材料の使用範囲にだけにとどまらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 セルサイズ１９ｍｍの水酸化アルミニウムハニカム材のセルに密度２３ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォームが充填され複合材芯材となった断面図である。
【図２】 表面材である厚み１．０ｍｍのアルミニウム板に塗布量３００ｇ／ｍ^２のエポキシ系接着剤を接着面に塗布し、水酸化アルミニウムハニカム材にフェノールフォームが充填された複合芯材と接着した断面図である。
【図３】 建築基準法第２条９号の不燃材料防火試験に使用した、厚み１．０ｍｍの材質５０５２アルミニウム板表面材に、塗布量３００ｇ／ｍ^２で、水酸化アルミニウムハニカム材にフェノールフォームが充填された芯材をエポキシ系接着剤で接着した試験体の断面図であり、防火試験でエポキシ系接着剤・水酸化アルミニウムハニカム材・フェノールフォームの芯材は炭化したが試験体の形状は破壊せず試験前と同じ形状に維持されていた状態を示している断面図である。
【符号の説明】
１ セルサイズ１９ｍｍの水酸化アルミニウムハニカム材
２ 密度２３ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォーム
３ 厚み１．０ｍｍの材質５０５２アルミニウム板
４ エポキシ系接着剤

Claims (1)

1. 一定寸法形状に加工された不燃材質のアルミニウム等の金属系或いは水酸化アルミニウム・ケイ酸マグネシウム・アラミッド材質ハニカム材から選んだハニカム材セルに、同一寸法形状に成形された密度２０〜３０ｋｇ／ｍ³範囲のフェノールフォームを充填し、充填されたハニカム材とフェノールフォームの複合材を芯材に使用することを特徴とし、
   表面材にはアルミニウム板等の不燃面材を使用し、
   特別な難燃処理のしてないエポキシ又はウレタン系接着剤で接着し製造されたサンドイッチ構造体であって、
   可燃性である接着剤の着炎防止設計を、接着剤と接するフェノールフォームとハニカム材の燃焼時の不燃材質と体積及び形状に変化の発生がなく炭化状態になる燃焼材質を燃焼に必要な酸素供給遮断の不燃層構造として活用した設計を不燃層構造の手段とした結果、建築基準法第２条９号の不燃材防火試験に合格した、
   ハニカム材セルにフェノールフォームを充填した芯材を表面材に接着することで製造されたサンドイッチ構造体。

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