JP4495407B2 - 再生成形材の製造方法並びに再生成形材、再生構造材、合成まくら木および軽量合成木材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化成形材を素材とする構造体をリサイクルして製される再生成形材の製造方法に関する。また、同時に提案される本発明は、繊維強化成形材を素材とする構造体をリサイクルした再生成形材、再生構造材、合成まくら木および軽量合成木材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、鉄道の軌道に用いられる枕木や傾斜地の崖崩れを防止するための受圧板、あるいは、水槽や水路に架設される覆蓋などには、木材に代えて耐腐食性や強度に優れた合成木材が多用されている。
合成木材は、長手方向に配向されたガラス繊維などで補強された硬質合成樹脂発泡体を素材としたもので、軽量で耐腐食性が高く長期の使用に耐えるものである。
【０００３】
ところで、合成木材はガラス繊維などの強化繊維を多量に含むため、廃材となった合成木材をそのまま廃棄することが困難であった。このため、ガラス繊維などの含有量の低減やリサイクル方法の開発が検討されている。
【０００４】
例えば、特開平５−１３８７９７号公報には、充填材を含有する熱硬化性樹脂よりなる芯材と、強化繊維材を含有する熱硬化性樹脂よりなる表面材とを積層した合成木材の一形態が提案されている。当該公報に記載された実施形態によれば、従来の合成木材がガラス繊維を略１５容量％含むのに対して、その含有量を１０容量％未満に低減することが可能である。また、例えば、廃棄する合成木材製構造体の破砕物を、上記公報に記載された実施形態における芯材の充填材として使用すれば、廃棄困難な合成木材のリサイクルを行うことも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、繊維強化材を含む構造体の破砕物をそのまま利用して合成木材を再生しても、破砕前の構造体の有する強度や剛性を発現させることができなかった。これは、構造体の大部分が樹脂で占められるため、破砕時に樹脂相が粉末状に粉砕された破砕物が多量に生成され、これらの樹脂粉末が骨材として寄与せず、再生成形材の強度、剛性の向上が図られないためである。
【０００６】
特に、繊維強化硬質合成樹脂発泡体で製された構造体を破砕すると樹脂相が発泡体であるために一層粉末化され易く、この結果、再生成形材の強度、剛性が著しく低下する要因となっていた。
また、樹脂粉末を除去した破砕物のみを再利用する場合であっても、元の構造体のように繊維を一方向に引き揃えて配向された成形材ほどの強度、剛性を確保することができなかった。このため、合成木材の廃材を再利用して充分な強度、剛性を有する新たな再生成形材や合成木材、合成まくら木を製することができず、改善が望まれていた。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みて提案されるもので、繊維強化成形材で製された廃棄構造体を再利用して充分な強度、剛性を有する再生成形材を製する製造方法を提供することを目的とする。また同時に提案される本発明は、繊維強化成形材で製された廃棄構造体を再利用した再生成形材、再生構造材、合成まくら木および軽量合成木材を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明者らは次の技術的手段を講じた。則ち、請求項１に記載の再生成形材の製造方法（発明１）は、繊維強化成形材で製された構造体を破砕する工程と、破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別する工程と、選別された破砕片の表面に結合剤を付着させる工程と、結合剤を付着した破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向しつつ破砕片による集合体が配向方向へ長尺となるように板状に整形する工程と、整形された破砕片の板状の集合体を厚さ方向にプレス成形する工程とを備えている。
【０００９】
繊維強化成形材を破砕すると、繊維の周りに樹脂材が固着した細長いチップ状の破砕片や、樹脂だけが粉末状に粉砕された破砕物が生じる。本発明によれば、これらの破砕物のうち、粉末状に破砕された樹脂の破砕物は用いずに、繊維を含んだ細長いチップ状の破砕片のみを選択的に再利用して新たな成形材を再生するものである。そして、破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向すると共に、再生成形材の長手方向が破砕片の配向方向となるようにして成形する。これにより、破砕片に含まれる繊維が骨材として機能し、長手方向の曲げ剛性、曲げ強度（曲げ強さ）を向上させた再生成形材を製することができる。
【００１０】
本発明において、繊維強化成形体で製された構造体を破砕する装置には種々のものがある。例えば、回転刃を有するローラで構造体を破砕する一軸破砕機や、回転刃を有する平行に配された一対のローラの間に構造体を通過させることにより双方の回転刃を構造体に噛み込ませて破砕する２軸破砕機などを採用することができる。 また、破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別する装置としては、例えば、ウェーブローラ方式の分級機を挙げることができる。ウェーブローラ方式の分級機は、破砕物の厚さや幅を基準にして連続的に分級する装置であり、区分された破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別することができる。
【００１１】
選別された破砕片に結合剤を付着させるには、例えば、コンベア上やドラムブレンダー内などに投入した破砕片に結合剤を噴霧して、破砕片の表面に結合剤を均一に付着させる方法を採ることができる。
【００１２】
また、選別された破砕片をその長手方向に引き揃えて配向させるには種々の方法を採ることができる。例えば、破砕片を成形金型やコンベア上に落下させる際に、所定の幅および長さを有する櫛状のスリットを通して配向させる方法や、ランダムに配向した破砕片の集合体をディスク状のスリットを通すことで配向させる方法などを採ることができる。また、木質系成形材の製造に用いられるディスクオリエンターなどを用いることも可能である。則ち、破砕片を落下させる際にディスクオリエンターによって成形ライン方向に破砕片の長手方向を引き揃えて配向させることができる。
【００１３】
プレス成形は、例えば、整形された破砕片の板状の集合体を両面から加熱しつつ加圧して行われ、所定サイズの再生成形材を得ることができる。このときの加圧時間は反発力の緩和時間と結合剤（接着剤）の硬化時間に応じて定められる。ここで、反発力とは、再生成形材が所定密度まで圧縮されたときに、プレス板が再生成形材から受ける反発力である。加熱方法には、プレス板を加熱することによって再生成形材を加熱する方法や、スチームや電磁波を用いて再生成形材の内部を直接加熱する方法があり、内部を直接加熱する後者の方法によれば成形時間が短縮され作業効率が向上する。
【００１４】
また、予め繊維強化成形材で製された構造体の長さを５０ｍｍ〜２００ｍｍに切断した後に、破砕することを特徴とする再生成形材の製造方法である。
【００１５】
破砕片は結合剤を付着させた後配向して板状に整形し、これをプレス成型して成形品を得るが、その際に破砕品の形状のばらつきが大きいと、上記板状の整形物中の破砕片の粗密ができ易く、又、小さいサイズの粉末状の破砕品（粉砕物）が占める割合が多すぎると、結合剤が大量に必要となったり、若しくは同量の結合剤を使用したら結合剤量が不足して均一に付着し難かったりして、いずれの場合でも、最終製品の強度バラツキが大きくなってしまう。
【００１６】
最終製品の強度バラツキは、寸法バラツキのない破砕片や粉砕物含有量の少ない破砕片を用いれば良く、そのために、本発明の製造方法においては、破砕片を選別する工程を設ける。当然であるが、選別されて使用されない破砕片又は粉砕物の量が少ないほど原料の使用効率が上がるので、好ましいことはいうまでもない。
【００１７】
しかしながら、繊維強化成形材を破砕する際は、繊維を破断することが難しく、剪断で粉砕する機械や打撃により粉砕する機械の場合、繊維の破断位置が大きくばらついて破砕片の形状が一定しなかったり、粉砕物が多く発生してしまう。
【００１８】
繊維強化成形材で製された構造体の長さ、即ち構造体中の繊維の長さが２００ｍｍより大であれば、それを破砕した場合には、破砕物中の繊維長さが２ｍｍ未満の粉砕物が３０重量％以上発生してしまう場合がある。また、５０ｍｍ未満であれば、やはり長さが２ｍｍ未満の粉砕物が多くなり、いずれの場合でも最終製品の強度が低下してしまう。
【００１９】
請求項２に記載の発明（発明２）は、繊維強化成形材で製された構造体を破砕して得られる細長いチップ状の破砕片の表面に結合剤を付着させ、当該破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向しつつ破砕片による集合体が配向方向へ長尺となるように板状に整形し、整形された破砕片の板状の集合体を厚さ方向にプレス成形して形成される再生成形材である。
【００２０】
本発明において破砕する構造体の素材である繊維強化成形材（ＦＲＰ）は特に限定されないが、再生成形材を強度の要求される構造材として用いる場合は熱硬化性硬質樹脂が好ましい。具体的には、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂などが挙げられ、これらの樹脂が助剤などを用いて発泡したものでも良い。特に軽量かつ高強度な再生成形材を得るためには硬質ポリウレタン樹脂の発泡体が好ましい。
【００２１】
また、破砕する繊維強化成形材に含まれる繊維は、補強繊維としての機能を有していればその形状は限定されず、例えば、モノフィラメント、フィブリル化繊維素（髭状の繊維が突き出たもの）、織り糸などが挙げられる。また、補強繊維は、例えば、ガラス繊維だけでも良く、ガラス繊維に炭素繊維や合成繊維などの補強繊維が複合されたものでも良い。
【００２２】
生成される再生成形材に含まれる繊維の容積比率は特に限定されないが、５容量％〜４０容量％が好ましい。繊維の容積比率が５容量％未満の場合は、破砕片による強度の向上効果が低く再生成形材の強度を確保できない。また、繊維の容積比率が４０容量％を越えると、再生成形材の切断や釘の打ち込みなどの加工性が著しく低下する。
【００２３】
また、破砕する繊維強化成形材の樹脂が発泡体である場合は、樹脂の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。樹脂の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3未満では強度が低下する。繊維強化成形材の平均密度の上限は特に限定されない。破砕する構造体の具体例としては、一方向に引き揃えられたガラス長繊維により強化された硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材が挙げられる。この合成木材で製された軌道枕木などの廃材をリサイクルすることにより、本発明の再生成形材を製することが可能である。
【００２４】
本発明で用いる結合剤は特に限定されないが、フェノール、尿素、イソシアネート、ウレタン、エポキシ、その他木材工業用などに用いられる樹脂系接着剤が挙げられ、それらを単独または複数併用して用いることができる。また、結合剤の量は、破砕片の形状、表面性状、密度にもよるが、通常、破砕片の重量に対して１〜２０重量％を付着させるのが好ましい。特に、再生成形材を軽量化するためには、できるだけ少量の結合剤を破砕片に均一に塗布することが好ましく、低粘度のイソシアネートが好適である。
【００２５】
また、再生成形材に含まれる破砕片の形状を具体的に規定したもので、破砕片の厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であり、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満である再生成形材である。
【００２６】
破砕片の厚さおよび幅が０．５ｍｍ未満では、再生成形材を形成する破砕片の表面積が増え、少量の結合剤を破砕片の表面に均一に付着させることが難しく、軽量化が困難になる。また、破砕片の厚さおよび幅が１０ｍｍ以上になると、破砕片同士の上下の交差部位に大きな空隙が生じて応力が集中し、再生成形材の強度が低下する。破砕片の厚さおよび幅は０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満が好適である。また、破砕片の長さが１０ｍｍ未満では、短すぎて引き揃えが困難なうえに繊維による補強効果が望めない。また、破砕片の長さが２００ｍｍ以上になると破砕片の流動性の低下に伴って破砕片同士が交差し易くなり、交差部位に生じる空隙によって強度が低下する。破砕片の長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満が好適である。
【００２７】
また、破砕片は所定範囲の平均密度を有すると共に、プレス成形して得られた再生成形材の平均密度は破砕片の平均密度よりも高い再生成形材である。 また、破砕片および再生成形材の密度を具体的に規定したもので、破砕片の平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3以上０．９ｇ／ｃｍ3未満であり、再生成形材の平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3以上である再生成形材である。
【００２８】
平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3未満の破砕片をプレス成形した再生成形材では強度向上が望めない。また、平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3以上の破砕片は、内部に空隙が少なく再生成形材の平均密度を向上させることが困難である。平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3以上０．９ｇ／ｃｍ3未満の破砕片をプレス成形して平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3以上の再生成形材とすることにより、曲げ弾性率の高い成形材を得ることができ、強度の要求される構造材として用いることが可能である。
【００２９】
請求項８に記載の発明（発明８）は、プレス成形に先立って、予め破砕片を加圧して所定の平均密度に圧密化する再生成形材である。請求項９に記載の発明（発明９）は、再生成形材に含まれる破砕片が所定の平均密度に圧密化されるようにプレス成形を行う再生成形材である。また、請求項１０に記載の発明（発明１０）は、再生成形材に含まれる破砕片の圧密化後の平均密度を具体的に規定したもので、圧密化後の破砕片の平均密度が圧密化前の平均密度の１．５倍以上で、且つ、０．９ｇ／ｃｍ3以上１．６ｇ／ｃｍ3未満である再生成形材である。
【００３０】
本発明者らは、破砕片の圧密化前後における平均密度を種々に変化させた再生成形材を試作して実験を重ねた。その結果、圧密化後の破砕片の平均密度が圧密化前の平均密度の１．５倍以上で、且つ、０．９ｇ／ｃｍ3以上のときに再生成形材の強度向上が著しいことを知見した。尚、圧密化後の破砕片の平均密度が１．６ｇ／ｃｍ3以上になると強化繊維の含有率が増大し、再生成形材のリサイクル化が困難となるため好ましくない。
【００３１】
破砕片を圧密化する方法は特に限定されないが、例えば、破砕する構造体が繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする場合、破砕片を略１８０℃に加熱した２軸ローラを通過させて加圧することにより圧密化された破砕片を得ることができる。また、破砕片に結合剤を付着させてその集合体を板状に整形し、略１８０℃に加熱したプレス板で破砕片の集合体全体を加圧することにより各破砕片を圧密化することも可能である。
【００３２】
請求項２に記載の発明（発明２）は、破砕する構造体は繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体で製されており、破砕片に含まれる繊維は破砕片の長手方向に沿って配向されていることを特徴とする再生成形材である。
【００３３】
前記したように、再生成形材を強度の要求される構造材として用いる場合は、破砕する構造体は熱硬化性硬質樹脂で製されたものが良く、特に軽量かつ高強度な再生成形材を得るためには硬質ウレタン樹脂発泡体が好適である。本発明によれば、繊維の周囲に硬質ウレタン樹脂発泡体が硬化した細長い破砕片を用いるので、破砕片を長手方向に引き揃えてを再生成形材を製することができ、再生成形材の曲げ弾性率を向上させることが可能である。
【００３４】
請求項３に記載の発明（発明３）は、請求項２に記載の再生成形材で形成される再生構造材であって、再生成形材の長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である再生構造材である。強度を要求される軌道まくら木や木造住宅の柱などの構造材では、長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上の強度を要求される。本発明によれば、再生成形材の曲げ弾性率を確保することにより、再生構造材として使用することが可能となる。特に、請求項３に記載した再生成形材において、長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上の再生成形材を再生構造材として用いることにより、軌道枕木や木造住宅に適用可能な強度を備えつつ、切断や釘の打ち込みも良好な加工性に優れた構造材とすることが可能である。 尚、上記曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して測定するものであり、曲げ荷重は長繊維の配向方向と同一である試験体の長手方向に対して垂直に加えられる。
【００３５】
請求項４に記載の発明（発明４）は、請求項２に記載の再生成形材で形成される板状の芯材の少なくとも一方の面に、当該芯材の長手方向に向けて引き揃えて配向されたガラス長繊維で補強される熱硬化性樹脂からなる補強層を積層して形成される再生成形材である。則ち、本発明の再生成形材は、前記した本発明の再生成形材（芯材）の片面または両面にガラス長繊維で補強された補強層を積層した再生成形材である。本発明によれば、補強層はガラス長繊維で補強されるため極めて高い曲げ弾性率を有する。この補強層を芯材に積層することにより、再生成形材の強度を一層向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明において補強層に用いる熱硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等の反応硬化性を有する液状または粉体状の樹脂を採用でき、これらの樹脂は発泡性を有しても良い。
【００３７】
発泡性を有する熱硬化性樹脂としては、例えば、アゾ化合物や炭酸水素ナトリウム（重曹）等の熱分解型発泡剤、フロン、炭酸ガス、ペンタン等の溶解性発泡剤、反応硬化時に気体が副生成するものを含む発泡熱硬化性樹脂液があり、更に詳しくは、硬質または半硬質ポリウレタンフォーム、フェノールフォーム、低倍率ポリエステルフォームが良く、発泡ポリウレタン樹脂が好適である。発泡ポリウレタン樹脂が好適であるのは、比較的高い強度を有し発泡時に独立気泡を形成し易く、しかも非吸水性に優れる特性を有するからである。
【００３８】
このような発泡ポリウレタン樹脂としては、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られる従来公知のものが広く使用可能である。ポリオールとしては分子端に２個以上の水酸基を有するものであり、例えば、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールやこれらの共重合体、アジピン酸等の脂肪族ジカルボン酸とエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等の炭素数が１２以下のグリコールとの重縮合体やポリε−カプロラクトン等のヒドロキシカルボン酸の重縮合体であるポリエステルポリオールやこれらの共重合体、これらのポリオールとビニル基を有するモノマーの重合体とのグラフト共重合体であるポリマーポリール等が挙げられる。これらは単独もしくは２種以上を混合して用いることが可能である。
【００３９】
また、ポリイソシアネートとしてはイソシアネート基を２個以上有するものであり、例えば、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネートの水素添加物、あるいは、これらの多核体およびこれらの異性体の多核体が使用される。これらは単独もしくは２種以上の混合物として用いることが可能である。特に、安全性、反応性、取り扱い性等を考慮すると４，４’−メチレンジフェニルイソシアネートとその異性体の多核体との混合物（以下、ポリメリックＭＤＩと記載）が好適である。
【００４０】
また、ポリオールとポリイソシアネートの反応の際に用いられる発泡剤としては、熱分解型発泡剤、フロン等の物理的発泡剤、水等が挙げられ、さらに熱硬化性樹脂が反応時に発生する分解ガス等の副生物であっても良い。但し、フロンはオゾン層を破壊する恐れがあるため、イソシアネートと水との反応で発生した二酸化炭素を用いるのが好ましい。尚、発泡剤は予め樹脂と混合しておく。
【００４１】
上記発泡ウレタン樹脂には、必要に応じて触媒、整泡剤、発泡助剤、充填材、補強短繊維、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、架橋材、安定剤、可塑剤、難燃剤等を添加しても良い。触媒としては特に限定されないが、例えば、ジブチル錫ジラウレート等の有機錫系触媒や、アミン触媒、温度感応性の触媒等が挙げられる。
【００４２】
本発明において補強層に含有するガラス長繊維は、補強繊維としての機能を有しておればその形状は限定されない。例えば、モノフィラメント、フィブリル化繊維素（髭状の繊維が突き出たもの）、織り糸等が挙げられる。また、ガラス長繊維に炭素繊維、合成繊維などの補強繊維が複合されていても良い。
【００４３】
また、本発明の補強層のガラス長繊維の容積比率は特に限定されないが、再生成形材の全容積に対して５容量％〜４０容量％が好ましい。補強層が５容量％未満の場合は、補強層を設けることによる強度の向上が望めない。補強層が４０容量％を越えると、切断が困難になったり、あるいは、釘の打ち込み時に繊維方向にひび割れを生じやすくなるなど加工性が著しく低下する。また、本発明の補強層の熱硬化性樹脂が発泡体である場合、その平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3以上であるのが良い。補強層の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3を下回ると補強層の強度が著しく低下する。補強層の平均密度の上限は特に限定されない。
【００４４】
また、本発明の再生成形材の製造方法は特に限定されず、バッチ式あるいは連続式のいずれの方法でも可能である。バッチ式製造方法では、板状に予備成形した芯材をマット状に配したガラス長繊維とともに積層してプレス成形を行う金型にセットし、金型内に熱硬化性樹脂を注入して一体成形する方法が挙げられる。
【００４５】
また、連続式製造方法では、多数のガラス長繊維束を所定間隔を保って引き揃えながら、上方より発泡熱硬化性樹脂液を振りかけて繊維束間に合浸させ、板状に予備成形した芯材と共に絞り賦形を行う筒型に通し、予備成形した芯材がガラス長繊維で囲繞されるように賦形した後、熱硬化を行う成形用通路に引き込み、加熱および保圧により一体成形する方法が挙げられる。
【００４６】
尚、上記製造方法で用いる板状に予備成形された芯材とは、破砕片をドラムブレンダーに投入し、所定量の液状結合剤を噴霧して均一塗布状態とした後に平金型あるいはコンベア上に投入し、軽くプレスして板状に予備成形された破砕片の集合体で形成される半硬化状態のものである。結合剤の量は破砕片の密度、表面性状にもよるが、通常、破砕片の総量に対して１重量％以上〜１５重量％未満の範囲が好適である。
【００４７】
請求項５に記載の発明（発明５）は、請求項２に記載の再生成形材で形成される合成まくら木であって、長手方向の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ以上の芯材の両面に、長手方向の曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上の前記補強層を積層して形成され、まくら木の長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である合成まくら木である。
【００４８】
ここで、前記請求項４に記載の再生成形材をまくら木として用いる場合、芯材および補強層の強度を所定範囲とする必要がある。本発明によれば、芯材の両面に補強層を積層すると共に、芯材と補強層の曲げ弾性率、および、再生成形材の長手方向の曲げ弾性率を上記値に設定することにより、軌道まくら木としての強度を確保することが可能となる。
【００４９】
合成まくら木では長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上であることが要求されるため、補強層の曲げ弾性率は８０００ＭＰａ以上が良く、９０００ＭＰａ以上がより好ましく、１００００ＭＰａ以上が最適である。これは、補強層の曲げ弾性率が８０００ＭＰａを下回ると再生成形材の曲げ弾性率が低下し、枕木への使用に際して撓みが増大して軌道の狂い等が生じ易くなるためである。補強層の曲げ弾性率の上限は特に限定されない。
【００５０】
更に、本発明において、補強層の曲げ強度（曲げ強さ）は、１００ＭＰａ以上が良く、１２０ＭＰａ以上が好適である。これは、補強層の曲げ強度（曲げ強さ）が１００ＭＰａ を下回ると、枕木への使用に際して長期における曲げ耐久性が低下するためである。尚、上記曲げ弾性率および曲げ強度（曲げ強さ）は、ＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して測定するものである。
【００５１】
また、請求項４に記載の再生成形材で形成される軽量合成木材であって、長手方向の曲げ弾性率が２０００ＭＰａ 以上、平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3以上１．５ｇ／ｃｍ3未満の前記芯材の両面に、長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ 以上、平均密度が１．２ｇ／ｃｍ3未満の補強層を積層して形成され、補強層の容積率が１０容量％以上６０容量％未満であり、合成木材の長手方向の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ 以上である軽量合成木材である。
【００５２】
本発明の再生成形材を構造材としての軽量合成木材として用いるに当たっては、芯材および補強層の強度を所定範囲とする必要がある。本発明によれば、芯材の両面に補強層を積層すると共に、芯材と補強層の曲げ弾性率、再生成形材の曲げ弾性率、および、補強層の容積率を上記値に設定することにより、軽量合成木材としての強度を確保することが可能となる。
【００５３】
補強層の曲げ弾性率は、６０００ＭＰａ 以上が良く、７０００ＭＰａ 以上がより好ましく、８０００ＭＰａ 以上が最適である。これは、曲げ弾性率が６０００ＭＰａ を下回ると、再生成形材全体の曲げ弾性率が低下し、軽量合成木材としての使用に際して撓みが増大し寸法公差が生じやすくなるためである。上限は特に限定されない。
【００５４】
更に、補強層の曲げ強度（曲げ強さ）は、５０ＭＰａ 以上が良く、７０ＭＰａ 以上がより好ましい。これは、曲げ強度（曲げ強さ）が５０ＭＰａ を下回ると、軽量合成木材への使用の際に、長期耐久性が低下するためである。尚、上記曲げ弾性率および曲げ強度（曲げ強さ）は、ＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して測定するものである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の再生成形材の製造工程を示す説明図であり、図を参照して製造手順を説明する。
【００５６】
本実施形態では、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を用いた。まず、廃棄する構造体の破砕工程では、上記合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。そして、破砕物をウェーブローラ方式の分級機に投入して分級し、図１（ａ）に示す様に、厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満の細長いチップ状の破砕片１０を選別した。破砕片１０の選別収率は略３５％であった。また、選別した破砕片１０の密度は０．５ｇ／ｃｍ3〜０．８ｇ／ｃｍ3であった。
【００５７】
次に、結合剤付着工程では、図１（ｂ）に示す様に、ドラムブレンダー１１内に破砕片１０と共に結合剤（ＭＤＩ：Methylene Diphenyl Isocyanate.住化バイエルウレタン株式会社製「スミジュール４４Ｖ１０」を破砕片の総量に対して１０重量％投入し、回転撹拌して破砕片１０の表面に結合剤を均一に塗布した。
【００５８】
配向工程では、図１（ｃ）に示す様に、ディスク１３を１０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入して板状に整形された破砕片の集合体１６を生成した。そして、図１（ｄ）に示す様に、整形された破砕片１０の集合体１６をプレス装置１７に挿入して１８０℃で１時間加熱しつつ加圧し、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで平均密度が０．９２ｇ／ｃｍ3の再生成形材１（実施例１）を得た。
【００５９】
また、実施例１の再生成形材１と比較するために、次に示す比較例１〜３の再生成形材を試作した。
【００６０】
（比較例１）
実施例１において、プレス装置による加圧力を低減して、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで、平均密度０．８０ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００６１】
（比較例２）
実施例１において、破砕片の配向を行わず、破砕片をランダムな方向に配向させて同様に成形して、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで、平均密度０．９３ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００６２】
（比較例３）
実施例１において、破砕した破砕物を分級せず、破砕物を全て用いて同様に成形して、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで、平均密度０．９０ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００６３】
次いで、実施例１、比較例１〜３の再生成形材の中央部より、断面積が５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出し、曲げ弾性率、及び曲げ強度（曲げ強さ）を測定した。測定結果を表１に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１から分かる様に、破砕片を充分に加圧（圧密化）しない比較例１や、破砕片の配向を行わない比較例２、あるいは、破砕物を全て用いた比較例３に比べて、本実施形態の実施例１は充分な強度を発現している。このように、本実施形態によれば、繊維強化成形材（ＦＲＰ）で製された軌道枕木や受圧板などの土木資材に供されている合成木材の廃材をリサイクルすることにより、充分な強度を有する再生成形材を提供することが可能となる。
【００６６】
（第２実施形態）
第２実施形態の再生成形材の製造工程は、前記第１実施形態の製造工程とほぼ同じであるから、前記図１を参照して製造手順を説明する。本実施形態では、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を用いた。
【００６７】
まず予め、廃棄する構造体として上記合成木材を、長繊維の長さが１３０ｍｍとなるように予備切断し、その切断された合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。破砕された破砕片は分級して所定のサイズの破砕片を選び出す選別工程を経ずに結合剤付着工程に移した。なお、得られた破砕片１０の密度は０．６４ｇ／ｃｍ3〜０．８４ｇ／ｃｍ3であった。
【００６８】
次に、結合剤付着工程では、図１（ｂ）に示す様に、ドラムブレンダー１１内に破砕片１０と共に結合剤（ＭＤＩ：Methylene Diphenyl Isocyanate.住化バイエルウレタン株式会社製「スミジュール４４Ｖ１０」を破砕片の総量に対して１１重量％投入し、回転撹拌して破砕片１０の表面に結合剤を均一に塗布した。
【００６９】
配向工程では、図１（ｃ）に示す様に、ディスク１３を１０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入して板状に整形された破砕片の集合体１６を生成した。そして、図１（ｄ）に示す様に、整形された破砕片１０の集合体１６をプレス装置１７に挿入して１８０℃で１時間加熱しつつ加圧し、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで平均密度が１．１５ｇ／ｃｍ3の再生成形材２（実施例２）を得た。
【００７０】
また、実施例２の再生成形材２と比較するために、次に示す比較例４、５の再生成形材を試作した。
比較例４：実施例２において、長繊維の長さが４０ｍｍとなるように予備切断した以外は、実施例２と同様にして、平均密度が１．１５ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
比較例５：実施例２において、長繊維の長さが２２０ｍｍとなるように予備切断した以外は、実施例２と同様にして、平均密度が１．１５ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００７１】
次いで、実施例２、比較例４、５の再生成形材の中央部より、断面積が５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出し、曲げ強度（曲げ強さ）を測定した。測定結果を表２に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００７２】
【表２】
【００７３】
表２から、長繊維長さが５０ｍｍ未満の比較例４や２００ｍｍより大の比較例５の場合では、実施例２と比べて、曲げ強度が低下していることが分かる。即ち、長繊維長さが５０ｍｍ〜２００ｍｍであれば、特に選別工程を経ずとも、破砕時に発生するランダムな寸法の破砕片や粉砕物の含有量が、得られる再生成形品の曲げ強度を低下させない範囲内になることが分かる。
【００７４】
（第３実施形態）
図２は、第３実施形態の再生成形材の製造工程を示す説明図であり、図を参照しつつ製造手順を説明する。
【００７５】
本実施形態においても、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を用いた。まず、廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。そして、破砕物をウェーブローラ方式の分級機に投入して分級し、図２（ａ）に示す様に、厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満の細長いチップ状の破砕片１０を選別した。破砕片１０の選別収率は略３５％であった。また、選別した破砕片１０の平均密度は０．７ｇ／ｃｍ3であった。
【００７６】
選別した破砕片１０を加圧装置（不図示）に投入し、温度１８０℃、圧力５ＭＰａ で２０分間保圧して破砕片１０を圧密化した。圧密化された破砕片１０の平均密度は１．２ｇ／ｃｍ3であった。また、破砕片１０の厚さおよび幅は１〜２ｍｍ、長さは２０〜３０ｍｍであった。
【００７７】
次に、図２（ｂ）の様に、ドラムブレンダー１１内に圧密化した破砕片１０を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕片１０の総量に対して７重量％噴霧して破砕片１０の表面に結合剤を均一に付着させた。
【００７８】
配向工程では、図２（ｃ）に示す様に、厚さ１ｍｍのディスク１３を２０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した圧密化された破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入し、次いで、図２（ｄ）の様に、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力１ＭＰａ で１分間加圧して、半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）１８を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）１８は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は１．３ｇ／ｃｍ3であった。
【００７９】
次いで、図２（ｅ）の様に、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材１９（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を補強層１９として予備成形体（芯材）１８の両面に積層し、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力０．５ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．５ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材３（実施例３）を得た。
【００８０】
また、実施例３の再生成形材３と比較するために、破砕物の分級および圧密化を行わずに成形した次に示す比較例６の再生成形材を試作した。比較例６は下記の工程で試作した。
廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を２軸破砕機を用いて破砕した。破砕物の厚さおよび幅は０．０１〜１２ｍｍ、長さは０．０１〜１２０ｍｍ、平均密度は０．７４ｇ／ｃｍ3 であった。
【００８１】
次いで、ドラムブレンダー内に破砕物を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕物の総量に対して７重量％噴霧して破砕物の表面に結合剤を均一に付着させた。そして、結合剤を付着させた破砕物を成形金型に投入し、プレス装置にて温度６０℃、圧力１ＭＰａ で１分間加圧して半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は０．８ｇ／ｃｍ3 であった。
【００８２】
次いで、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの上記合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を補強層として予備成形体（芯材）の両面に積層し、プレス装置にて温度６０℃、圧力０．５ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．５ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材（比較例６）を得た。
【００８３】
そして実施例３、比較例６の再生成形材より曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。また、実施例２および比較例４の各々の芯材（完全硬化させたもの）および補強層の曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。測定結果を表３に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００８４】
【表３】
【００８５】
表３から分かる様に、破砕物を分級および圧密化しない比較例６に比べて、本実施形態の実施例３では芯材の強度が著しく向上しており、これに伴って、再生成形材の強度向上が図られている。特に、実施例２の再生成形材では、軌道枕木に要求される曲げ弾性率６０００ＭＰａを確保することができ、合成木材の廃材をリサイクルした合成まくら木を提供することが可能となる。
【００８６】
（第４実施形態）
第４実施形態の再生成形材の製造工程は前記第３実施形態の製造工程と同一であるので、前記図２を参照して製造手順を説明する。本実施形態では、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を用いた。
まず、廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。そして、破砕物をウェーブローラ方式の分級機に投入して分級し、図２（ａ）に示す様に、厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満の細長いチップ状の破砕片１０を選別した。破砕片１０の選別収率は略３５％であった。また、選別した破砕片１０は、厚さおよび幅が１〜２ｍｍ、長さが２０〜３０ｍｍであった。
【００８７】
次いで、図２（ｂ）の様に、ドラムブレンダー１１内に破砕片１０を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕片１０の総量に対して７重量％噴霧して破砕片１０の表面に結合剤を均一に付着させた。
【００８８】
配向工程では、図２（ｃ）に示す様に、厚さ１ｍｍのディスク１３を２０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入し、次いで、図２（ｄ）の様に、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力０．８ＭＰａ で１分間加圧し、半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）１８を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は０．５５ｇ／ｃｍ3であった。
【００８９】
次いで、図２（ｅ）の様に、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材１９（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を補強層１９として予備成形体（芯材）１８の両面に積層し、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力０．４ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．４ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材４（実施例４）を得た。尚、破砕する構造体および補強層１９に用いた合成木材（ＦＦＵ５０）は、前記第３実施形態において用いた合成木材（ＦＦＵ７４）よりも軽量で曲げ強度（曲げ強さ）の低いものである。
【００９０】
また、実施例４の再生成形材４と比較するために、破砕物の分級および配向を行わずに成形した次に示す比較例７の再生成形材を試作した。比較例７は下記の工程で試作した。
廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を２軸破砕機を用いて破砕した。破砕物の厚さは０．０１〜１２ｍｍ、長さは０．０１〜１２０ｍｍ、平均密度は、０．５ｇ／ｃｍ3であった。
【００９１】
次いで、ドラムブレンダー内に破砕物を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕物の総量に対して７重量％噴霧して破砕物の表面に結合剤を均一に付着させた。そして、結合剤を付着させた破砕物を成形金型に投入し、プレス装置にて温度６０℃、圧力０．８ＭＰａ で１分間加圧して半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は０．５５ｇ／ｃｍ3であった。
【００９２】
次いで、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を補強層として予備成形体（芯材）の両面に積層し、プレス装置にて温度６０℃、圧力０．４ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．４ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材（比較例７）を得た。
【００９３】
そして、実施例４、比較例７の再生成形材より曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。また、実施例４および比較例７の各々の再生成形材を構成する芯材（完全硬化させたもの）および補強層の各々の曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。測定結果を表４に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００９４】
【表４】
【００９５】
表４から分かる様に、破砕物を分級および圧密化しない比較例７に比べて、本実施形態の実施例４では芯材の強度が著しく向上しており、これに伴って、再生成形材としての強度が向上している。特に、実施例４の再生成形材では、軽量合成木材に要求される曲げ弾性率４０００ＭＰａを確保することができ、合成木材の廃材をリサイクルした新たな軽量合成木材を提供することが可能となる。
【００９６】
なお、前記第１又は第２実施形態では、構造体を破砕して選別した破砕片をそのままプレス成形して再生成形材を製したが、破砕片を予め所定の平均密度に圧密化した後にプレス成形することも可能であり、一層強度を向上させた再生成形材を得ることが可能である。
【００９７】
また、前記第３実施形態および第４実施形態では、芯材の両面に補強層を積層した再生成形材として述べたが、芯材の片面のみに補強層を積層した再生成形材としても良い。また、前記第３実施形態および第４実施形態では、予備成形した芯材に既製の合成木材を補強層として積層する構成で示したが、本発明はこのような構成に限られるものではない。例えば、予備成形した芯材にガラス長繊維と樹脂材を用いて補強層を形成しつつ成形する方法、則ち、前記したように、板状に予備成形した芯材をマット状に配したガラス長繊維とともに積層してプレス成形を行う金型にセットし、金型内に熱硬化性樹脂を注入して一体成形する等の種々の方法を採用することが可能である。
【００９８】
【発明の効果】
発明１又は２の製造方法によれば、繊維強化成形材をリサイクルして充分な強度を有する再生成形材を効率良く製造することが可能となる。発明３〜１２によれば、繊維強化成形材の廃材をリサイクルして充分な強度を有する再生成形材を提供することが可能となる。発明１３によれば、発明３〜１２の再生成形材で形成される芯材に更に補強層を積層することにより、一層強度を増した再生成形材を提供することが可能となる。発明１４によれば、繊維強化成形材の廃材をリサイクルして充分な強度を有する合成まくら木を提供することができる。
また、発明１５によれば、軽量合成木材の廃材をリサイクルして充分な強度を有する軽量合成木材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る再生成形材の製造工程を示す説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の別の実施形態に係る再生成形材の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 再生成形材
２ 合成まくら木
３ 軽量合成木材
１０ 破砕片
１６ 破砕片の集合体
１８ 芯材
１９ 補強層
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化成形材を素材とする構造体をリサイクルして製される再生成形材の製造方法に関する。また、同時に提案される本発明は、繊維強化成形材を素材とする構造体をリサイクルした再生成形材、再生構造材、合成まくら木および軽量合成木材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、鉄道の軌道に用いられる枕木や傾斜地の崖崩れを防止するための受圧板、あるいは、水槽や水路に架設される覆蓋などには、木材に代えて耐腐食性や強度に優れた合成木材が多用されている。
合成木材は、長手方向に配向されたガラス繊維などで補強された硬質合成樹脂発泡体を素材としたもので、軽量で耐腐食性が高く長期の使用に耐えるものである。
【０００３】
ところで、合成木材はガラス繊維などの強化繊維を多量に含むため、廃材となった合成木材をそのまま廃棄することが困難であった。このため、ガラス繊維などの含有量の低減やリサイクル方法の開発が検討されている。
【０００４】
例えば、特開平５−１３８７９７号公報には、充填材を含有する熱硬化性樹脂よりなる芯材と、強化繊維材を含有する熱硬化性樹脂よりなる表面材とを積層した合成木材の一形態が提案されている。当該公報に記載された実施形態によれば、従来の合成木材がガラス繊維を略１５容量％含むのに対して、その含有量を１０容量％未満に低減することが可能である。また、例えば、廃棄する合成木材製構造体の破砕物を、上記公報に記載された実施形態における芯材の充填材として使用すれば、廃棄困難な合成木材のリサイクルを行うことも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、繊維強化材を含む構造体の破砕物をそのまま利用して合成木材を再生しても、破砕前の構造体の有する強度や剛性を発現させることができなかった。これは、構造体の大部分が樹脂で占められるため、破砕時に樹脂相が粉末状に粉砕された破砕物が多量に生成され、これらの樹脂粉末が骨材として寄与せず、再生成形材の強度、剛性の向上が図られないためである。
【０００６】
特に、繊維強化硬質合成樹脂発泡体で製された構造体を破砕すると樹脂相が発泡体であるために一層粉末化され易く、この結果、再生成形材の強度、剛性が著しく低下する要因となっていた。
また、樹脂粉末を除去した破砕物のみを再利用する場合であっても、元の構造体のように繊維を一方向に引き揃えて配向された成形材ほどの強度、剛性を確保することができなかった。このため、合成木材の廃材を再利用して充分な強度、剛性を有する新たな再生成形材や合成木材、合成まくら木を製することができず、改善が望まれていた。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みて提案されるもので、繊維強化成形材で製された廃棄構造体を再利用して充分な強度、剛性を有する再生成形材を製する製造方法を提供することを目的とする。また同時に提案される本発明は、繊維強化成形材で製された廃棄構造体を再利用した再生成形材、再生構造材、合成まくら木および軽量合成木材を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明者らは次の技術的手段を講じた。則ち、請求項１に記載の再生成形材の製造方法（発明１）は、繊維強化成形材で製された構造体を破砕する工程と、破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別する工程と、選別された破砕片の表面に結合剤を付着させる工程と、結合剤を付着した破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向しつつ破砕片による集合体が配向方向へ長尺となるように板状に整形する工程と、整形された破砕片の板状の集合体を厚さ方向にプレス成形する工程とを備えている。
【０００９】
繊維強化成形材を破砕すると、繊維の周りに樹脂材が固着した細長いチップ状の破砕片や、樹脂だけが粉末状に粉砕された破砕物が生じる。本発明によれば、これらの破砕物のうち、粉末状に破砕された樹脂の破砕物は用いずに、繊維を含んだ細長いチップ状の破砕片のみを選択的に再利用して新たな成形材を再生するものである。そして、破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向すると共に、再生成形材の長手方向が破砕片の配向方向となるようにして成形する。これにより、破砕片に含まれる繊維が骨材として機能し、長手方向の曲げ剛性、曲げ強度（曲げ強さ）を向上させた再生成形材を製することができる。
【００１０】
本発明において、繊維強化成形体で製された構造体を破砕する装置には種々のものがある。例えば、回転刃を有するローラで構造体を破砕する一軸破砕機や、回転刃を有する平行に配された一対のローラの間に構造体を通過させることにより双方の回転刃を構造体に噛み込ませて破砕する２軸破砕機などを採用することができる。 また、破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別する装置としては、例えば、ウェーブローラ方式の分級機を挙げることができる。ウェーブローラ方式の分級機は、破砕物の厚さや幅を基準にして連続的に分級する装置であり、区分された破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別することができる。
【００１１】
選別された破砕片に結合剤を付着させるには、例えば、コンベア上やドラムブレンダー内などに投入した破砕片に結合剤を噴霧して、破砕片の表面に結合剤を均一に付着させる方法を採ることができる。
【００１２】
また、選別された破砕片をその長手方向に引き揃えて配向させるには種々の方法を採ることができる。例えば、破砕片を成形金型やコンベア上に落下させる際に、所定の幅および長さを有する櫛状のスリットを通して配向させる方法や、ランダムに配向した破砕片の集合体をディスク状のスリットを通すことで配向させる方法などを採ることができる。また、木質系成形材の製造に用いられるディスクオリエンターなどを用いることも可能である。則ち、破砕片を落下させる際にディスクオリエンターによって成形ライン方向に破砕片の長手方向を引き揃えて配向させることができる。
【００１３】
プレス成形は、例えば、整形された破砕片の板状の集合体を両面から加熱しつつ加圧して行われ、所定サイズの再生成形材を得ることができる。このときの加圧時間は反発力の緩和時間と結合剤（接着剤）の硬化時間に応じて定められる。ここで、反発力とは、再生成形材が所定密度まで圧縮されたときに、プレス板が再生成形材から受ける反発力である。加熱方法には、プレス板を加熱することによって再生成形材を加熱する方法や、スチームや電磁波を用いて再生成形材の内部を直接加熱する方法があり、内部を直接加熱する後者の方法によれば成形時間が短縮され作業効率が向上する。
【００１４】
また、予め繊維強化成形材で製された構造体の長さを５０ｍｍ〜２００ｍｍに切断した後に、破砕することを特徴とする再生成形材の製造方法である。
【００１５】
破砕片は結合剤を付着させた後配向して板状に整形し、これをプレス成型して成形品を得るが、その際に破砕品の形状のばらつきが大きいと、上記板状の整形物中の破砕片の粗密ができ易く、又、小さいサイズの粉末状の破砕品（粉砕物）が占める割合が多すぎると、結合剤が大量に必要となったり、若しくは同量の結合剤を使用したら結合剤量が不足して均一に付着し難かったりして、いずれの場合でも、最終製品の強度バラツキが大きくなってしまう。
【００１６】
最終製品の強度バラツキは、寸法バラツキのない破砕片や粉砕物含有量の少ない破砕片を用いれば良く、そのために、本発明の製造方法においては、破砕片を選別する工程を設ける。当然であるが、選別されて使用されない破砕片又は粉砕物の量が少ないほど原料の使用効率が上がるので、好ましいことはいうまでもない。
【００１７】
しかしながら、繊維強化成形材を破砕する際は、繊維を破断することが難しく、剪断で粉砕する機械や打撃により粉砕する機械の場合、繊維の破断位置が大きくばらついて破砕片の形状が一定しなかったり、粉砕物が多く発生してしまう。
【００１８】
繊維強化成形材で製された構造体の長さ、即ち構造体中の繊維の長さが２００ｍｍより大であれば、それを破砕した場合には、破砕物中の繊維長さが２ｍｍ未満の粉砕物が３０重量％以上発生してしまう場合がある。また、５０ｍｍ未満であれば、やはり長さが２ｍｍ未満の粉砕物が多くなり、いずれの場合でも最終製品の強度が低下してしまう。
【００１９】
請求項２に記載の発明（発明２）は、繊維強化成形材で製された構造体を破砕して得られる細長いチップ状の破砕片の表面に結合剤を付着させ、当該破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向しつつ破砕片による集合体が配向方向へ長尺となるように板状に整形し、整形された破砕片の板状の集合体を厚さ方向にプレス成形して形成される再生成形材である。
【００２０】
本発明において破砕する構造体の素材である繊維強化成形材（ＦＲＰ）は特に限定されないが、再生成形材を強度の要求される構造材として用いる場合は熱硬化性硬質樹脂が好ましい。具体的には、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂などが挙げられ、これらの樹脂が助剤などを用いて発泡したものでも良い。特に軽量かつ高強度な再生成形材を得るためには硬質ポリウレタン樹脂の発泡体が好ましい。
【００２１】
また、破砕する繊維強化成形材に含まれる繊維は、補強繊維としての機能を有していればその形状は限定されず、例えば、モノフィラメント、フィブリル化繊維素（髭状の繊維が突き出たもの）、織り糸などが挙げられる。また、補強繊維は、例えば、ガラス繊維だけでも良く、ガラス繊維に炭素繊維や合成繊維などの補強繊維が複合されたものでも良い。
【００２２】
生成される再生成形材に含まれる繊維の容積比率は特に限定されないが、５容量％〜４０容量％が好ましい。繊維の容積比率が５容量％未満の場合は、破砕片による強度の向上効果が低く再生成形材の強度を確保できない。また、繊維の容積比率が４０容量％を越えると、再生成形材の切断や釘の打ち込みなどの加工性が著しく低下する。
【００２３】
また、破砕する繊維強化成形材の樹脂が発泡体である場合は、樹脂の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。樹脂の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3未満では強度が低下する。繊維強化成形材の平均密度の上限は特に限定されない。破砕する構造体の具体例としては、一方向に引き揃えられたガラス長繊維により強化された硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材が挙げられる。この合成木材で製された軌道枕木などの廃材をリサイクルすることにより、本発明の再生成形材を製することが可能である。
【００２４】
本発明で用いる結合剤は特に限定されないが、フェノール、尿素、イソシアネート、ウレタン、エポキシ、その他木材工業用などに用いられる樹脂系接着剤が挙げられ、それらを単独または複数併用して用いることができる。また、結合剤の量は、破砕片の形状、表面性状、密度にもよるが、通常、破砕片の重量に対して１〜２０重量％を付着させるのが好ましい。特に、再生成形材を軽量化するためには、できるだけ少量の結合剤を破砕片に均一に塗布することが好ましく、低粘度のイソシアネートが好適である。
【００２５】
また、再生成形材に含まれる破砕片の形状を具体的に規定したもので、破砕片の厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であり、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満である再生成形材である。
【００２６】
破砕片の厚さおよび幅が０．５ｍｍ未満では、再生成形材を形成する破砕片の表面積が増え、少量の結合剤を破砕片の表面に均一に付着させることが難しく、軽量化が困難になる。また、破砕片の厚さおよび幅が１０ｍｍ以上になると、破砕片同士の上下の交差部位に大きな空隙が生じて応力が集中し、再生成形材の強度が低下する。破砕片の厚さおよび幅は０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満が好適である。また、破砕片の長さが１０ｍｍ未満では、短すぎて引き揃えが困難なうえに繊維による補強効果が望めない。また、破砕片の長さが２００ｍｍ以上になると破砕片の流動性の低下に伴って破砕片同士が交差し易くなり、交差部位に生じる空隙によって強度が低下する。破砕片の長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満が好適である。
【００２７】
また、破砕片は所定範囲の平均密度を有すると共に、プレス成形して得られた再生成形材の平均密度は破砕片の平均密度よりも高い再生成形材である。 また、破砕片および再生成形材の密度を具体的に規定したもので、破砕片の平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3以上０．９ｇ／ｃｍ3未満であり、再生成形材の平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3以上である再生成形材である。
【００２８】
平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3未満の破砕片をプレス成形した再生成形材では強度向上が望めない。また、平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3以上の破砕片は、内部に空隙が少なく再生成形材の平均密度を向上させることが困難である。平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3以上０．９ｇ／ｃｍ3未満の破砕片をプレス成形して平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3以上の再生成形材とすることにより、曲げ弾性率の高い成形材を得ることができ、強度の要求される構造材として用いることが可能である。
【００２９】
請求項８に記載の発明（発明８）は、プレス成形に先立って、予め破砕片を加圧して所定の平均密度に圧密化する再生成形材である。請求項９に記載の発明（発明９）は、再生成形材に含まれる破砕片が所定の平均密度に圧密化されるようにプレス成形を行う再生成形材である。また、請求項１０に記載の発明（発明１０）は、再生成形材に含まれる破砕片の圧密化後の平均密度を具体的に規定したもので、圧密化後の破砕片の平均密度が圧密化前の平均密度の１．５倍以上で、且つ、０．９ｇ／ｃｍ3以上１．６ｇ／ｃｍ3未満である再生成形材である。
【００３０】
本発明者らは、破砕片の圧密化前後における平均密度を種々に変化させた再生成形材を試作して実験を重ねた。その結果、圧密化後の破砕片の平均密度が圧密化前の平均密度の１．５倍以上で、且つ、０．９ｇ／ｃｍ3以上のときに再生成形材の強度向上が著しいことを知見した。尚、圧密化後の破砕片の平均密度が１．６ｇ／ｃｍ3以上になると強化繊維の含有率が増大し、再生成形材のリサイクル化が困難となるため好ましくない。
【００３１】
破砕片を圧密化する方法は特に限定されないが、例えば、破砕する構造体が繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする場合、破砕片を略１８０℃に加熱した２軸ローラを通過させて加圧することにより圧密化された破砕片を得ることができる。また、破砕片に結合剤を付着させてその集合体を板状に整形し、略１８０℃に加熱したプレス板で破砕片の集合体全体を加圧することにより各破砕片を圧密化することも可能である。
【００３２】
請求項２に記載の発明（発明２）は、破砕する構造体は繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体で製されており、破砕片に含まれる繊維は破砕片の長手方向に沿って配向されていることを特徴とする再生成形材である。
【００３３】
前記したように、再生成形材を強度の要求される構造材として用いる場合は、破砕する構造体は熱硬化性硬質樹脂で製されたものが良く、特に軽量かつ高強度な再生成形材を得るためには硬質ウレタン樹脂発泡体が好適である。本発明によれば、繊維の周囲に硬質ウレタン樹脂発泡体が硬化した細長い破砕片を用いるので、破砕片を長手方向に引き揃えてを再生成形材を製することができ、再生成形材の曲げ弾性率を向上させることが可能である。
【００３４】
請求項３に記載の発明（発明３）は、請求項２に記載の再生成形材で形成される再生構造材であって、再生成形材の長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である再生構造材である。強度を要求される軌道まくら木や木造住宅の柱などの構造材では、長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上の強度を要求される。本発明によれば、再生成形材の曲げ弾性率を確保することにより、再生構造材として使用することが可能となる。特に、請求項３に記載した再生成形材において、長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上の再生成形材を再生構造材として用いることにより、軌道枕木や木造住宅に適用可能な強度を備えつつ、切断や釘の打ち込みも良好な加工性に優れた構造材とすることが可能である。 尚、上記曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して測定するものであり、曲げ荷重は長繊維の配向方向と同一である試験体の長手方向に対して垂直に加えられる。
【００３５】
請求項４に記載の発明（発明４）は、請求項２に記載の再生成形材で形成される板状の芯材の少なくとも一方の面に、当該芯材の長手方向に向けて引き揃えて配向されたガラス長繊維で補強される熱硬化性樹脂からなる補強層を積層して形成される再生成形材である。則ち、本発明の再生成形材は、前記した本発明の再生成形材（芯材）の片面または両面にガラス長繊維で補強された補強層を積層した再生成形材である。本発明によれば、補強層はガラス長繊維で補強されるため極めて高い曲げ弾性率を有する。この補強層を芯材に積層することにより、再生成形材の強度を一層向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明において補強層に用いる熱硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等の反応硬化性を有する液状または粉体状の樹脂を採用でき、これらの樹脂は発泡性を有しても良い。
【００３７】
発泡性を有する熱硬化性樹脂としては、例えば、アゾ化合物や炭酸水素ナトリウム（重曹）等の熱分解型発泡剤、フロン、炭酸ガス、ペンタン等の溶解性発泡剤、反応硬化時に気体が副生成するものを含む発泡熱硬化性樹脂液があり、更に詳しくは、硬質または半硬質ポリウレタンフォーム、フェノールフォーム、低倍率ポリエステルフォームが良く、発泡ポリウレタン樹脂が好適である。発泡ポリウレタン樹脂が好適であるのは、比較的高い強度を有し発泡時に独立気泡を形成し易く、しかも非吸水性に優れる特性を有するからである。
【００３８】
このような発泡ポリウレタン樹脂としては、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られる従来公知のものが広く使用可能である。ポリオールとしては分子端に２個以上の水酸基を有するものであり、例えば、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールやこれらの共重合体、アジピン酸等の脂肪族ジカルボン酸とエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等の炭素数が１２以下のグリコールとの重縮合体やポリε−カプロラクトン等のヒドロキシカルボン酸の重縮合体であるポリエステルポリオールやこれらの共重合体、これらのポリオールとビニル基を有するモノマーの重合体とのグラフト共重合体であるポリマーポリール等が挙げられる。これらは単独もしくは２種以上を混合して用いることが可能である。
【００３９】
また、ポリイソシアネートとしてはイソシアネート基を２個以上有するものであり、例えば、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネートの水素添加物、あるいは、これらの多核体およびこれらの異性体の多核体が使用される。これらは単独もしくは２種以上の混合物として用いることが可能である。特に、安全性、反応性、取り扱い性等を考慮すると４，４’−メチレンジフェニルイソシアネートとその異性体の多核体との混合物（以下、ポリメリックＭＤＩと記載）が好適である。
【００４０】
また、ポリオールとポリイソシアネートの反応の際に用いられる発泡剤としては、熱分解型発泡剤、フロン等の物理的発泡剤、水等が挙げられ、さらに熱硬化性樹脂が反応時に発生する分解ガス等の副生物であっても良い。但し、フロンはオゾン層を破壊する恐れがあるため、イソシアネートと水との反応で発生した二酸化炭素を用いるのが好ましい。尚、発泡剤は予め樹脂と混合しておく。
【００４１】
上記発泡ウレタン樹脂には、必要に応じて触媒、整泡剤、発泡助剤、充填材、補強短繊維、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、架橋材、安定剤、可塑剤、難燃剤等を添加しても良い。触媒としては特に限定されないが、例えば、ジブチル錫ジラウレート等の有機錫系触媒や、アミン触媒、温度感応性の触媒等が挙げられる。
【００４２】
本発明において補強層に含有するガラス長繊維は、補強繊維としての機能を有しておればその形状は限定されない。例えば、モノフィラメント、フィブリル化繊維素（髭状の繊維が突き出たもの）、織り糸等が挙げられる。また、ガラス長繊維に炭素繊維、合成繊維などの補強繊維が複合されていても良い。
【００４３】
また、本発明の補強層のガラス長繊維の容積比率は特に限定されないが、再生成形材の全容積に対して５容量％〜４０容量％が好ましい。補強層が５容量％未満の場合は、補強層を設けることによる強度の向上が望めない。補強層が４０容量％を越えると、切断が困難になったり、あるいは、釘の打ち込み時に繊維方向にひび割れを生じやすくなるなど加工性が著しく低下する。また、本発明の補強層の熱硬化性樹脂が発泡体である場合、その平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3以上であるのが良い。補強層の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ3を下回ると補強層の強度が著しく低下する。補強層の平均密度の上限は特に限定されない。
【００４４】
また、本発明の再生成形材の製造方法は特に限定されず、バッチ式あるいは連続式のいずれの方法でも可能である。バッチ式製造方法では、板状に予備成形した芯材をマット状に配したガラス長繊維とともに積層してプレス成形を行う金型にセットし、金型内に熱硬化性樹脂を注入して一体成形する方法が挙げられる。
【００４５】
また、連続式製造方法では、多数のガラス長繊維束を所定間隔を保って引き揃えながら、上方より発泡熱硬化性樹脂液を振りかけて繊維束間に合浸させ、板状に予備成形した芯材と共に絞り賦形を行う筒型に通し、予備成形した芯材がガラス長繊維で囲繞されるように賦形した後、熱硬化を行う成形用通路に引き込み、加熱および保圧により一体成形する方法が挙げられる。
【００４６】
尚、上記製造方法で用いる板状に予備成形された芯材とは、破砕片をドラムブレンダーに投入し、所定量の液状結合剤を噴霧して均一塗布状態とした後に平金型あるいはコンベア上に投入し、軽くプレスして板状に予備成形された破砕片の集合体で形成される半硬化状態のものである。結合剤の量は破砕片の密度、表面性状にもよるが、通常、破砕片の総量に対して１重量％以上〜１５重量％未満の範囲が好適である。
【００４７】
請求項５に記載の発明（発明５）は、請求項２に記載の再生成形材で形成される合成まくら木であって、長手方向の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ以上の芯材の両面に、長手方向の曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上の前記補強層を積層して形成され、まくら木の長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である合成まくら木である。
【００４８】
ここで、前記請求項４に記載の再生成形材をまくら木として用いる場合、芯材および補強層の強度を所定範囲とする必要がある。本発明によれば、芯材の両面に補強層を積層すると共に、芯材と補強層の曲げ弾性率、および、再生成形材の長手方向の曲げ弾性率を上記値に設定することにより、軌道まくら木としての強度を確保することが可能となる。
【００４９】
合成まくら木では長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上であることが要求されるため、補強層の曲げ弾性率は８０００ＭＰａ以上が良く、９０００ＭＰａ以上がより好ましく、１００００ＭＰａ以上が最適である。これは、補強層の曲げ弾性率が８０００ＭＰａを下回ると再生成形材の曲げ弾性率が低下し、枕木への使用に際して撓みが増大して軌道の狂い等が生じ易くなるためである。補強層の曲げ弾性率の上限は特に限定されない。
【００５０】
更に、本発明において、補強層の曲げ強度（曲げ強さ）は、１００ＭＰａ以上が良く、１２０ＭＰａ以上が好適である。これは、補強層の曲げ強度（曲げ強さ）が１００ＭＰａ を下回ると、枕木への使用に際して長期における曲げ耐久性が低下するためである。尚、上記曲げ弾性率および曲げ強度（曲げ強さ）は、ＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して測定するものである。
【００５１】
また、請求項４に記載の再生成形材で形成される軽量合成木材であって、長手方向の曲げ弾性率が２０００ＭＰａ 以上、平均密度が０．３ｇ／ｃｍ3以上１．５ｇ／ｃｍ3未満の前記芯材の両面に、長手方向の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ 以上、平均密度が１．２ｇ／ｃｍ3未満の補強層を積層して形成され、補強層の容積率が１０容量％以上６０容量％未満であり、合成木材の長手方向の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ 以上である軽量合成木材である。
【００５２】
本発明の再生成形材を構造材としての軽量合成木材として用いるに当たっては、芯材および補強層の強度を所定範囲とする必要がある。本発明によれば、芯材の両面に補強層を積層すると共に、芯材と補強層の曲げ弾性率、再生成形材の曲げ弾性率、および、補強層の容積率を上記値に設定することにより、軽量合成木材としての強度を確保することが可能となる。
【００５３】
補強層の曲げ弾性率は、６０００ＭＰａ 以上が良く、７０００ＭＰａ 以上がより好ましく、８０００ＭＰａ 以上が最適である。これは、曲げ弾性率が６０００ＭＰａ を下回ると、再生成形材全体の曲げ弾性率が低下し、軽量合成木材としての使用に際して撓みが増大し寸法公差が生じやすくなるためである。上限は特に限定されない。
【００５４】
更に、補強層の曲げ強度（曲げ強さ）は、５０ＭＰａ 以上が良く、７０ＭＰａ 以上がより好ましい。これは、曲げ強度（曲げ強さ）が５０ＭＰａ を下回ると、軽量合成木材への使用の際に、長期耐久性が低下するためである。尚、上記曲げ弾性率および曲げ強度（曲げ強さ）は、ＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して測定するものである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の再生成形材の製造工程を示す説明図であり、図を参照して製造手順を説明する。
【００５６】
本実施形態では、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を用いた。まず、廃棄する構造体の破砕工程では、上記合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。そして、破砕物をウェーブローラ方式の分級機に投入して分級し、図１（ａ）に示す様に、厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満の細長いチップ状の破砕片１０を選別した。破砕片１０の選別収率は略３５％であった。また、選別した破砕片１０の密度は０．５ｇ／ｃｍ3〜０．８ｇ／ｃｍ3であった。
【００５７】
次に、結合剤付着工程では、図１（ｂ）に示す様に、ドラムブレンダー１１内に破砕片１０と共に結合剤（ＭＤＩ：Methylene Diphenyl Isocyanate.住化バイエルウレタン株式会社製「スミジュール４４Ｖ１０」を破砕片の総量に対して１０重量％投入し、回転撹拌して破砕片１０の表面に結合剤を均一に塗布した。
【００５８】
配向工程では、図１（ｃ）に示す様に、ディスク１３を１０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入して板状に整形された破砕片の集合体１６を生成した。そして、図１（ｄ）に示す様に、整形された破砕片１０の集合体１６をプレス装置１７に挿入して１８０℃で１時間加熱しつつ加圧し、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで平均密度が０．９２ｇ／ｃｍ3の再生成形材１（実施例１）を得た。
【００５９】
また、実施例１の再生成形材１と比較するために、次に示す比較例１〜３の再生成形材を試作した。
【００６０】
（比較例１）
実施例１において、プレス装置による加圧力を低減して、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで、平均密度０．８０ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００６１】
（比較例２）
実施例１において、破砕片の配向を行わず、破砕片をランダムな方向に配向させて同様に成形して、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで、平均密度０．９３ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００６２】
（比較例３）
実施例１において、破砕した破砕物を分級せず、破砕物を全て用いて同様に成形して、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで、平均密度０．９０ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００６３】
次いで、実施例１、比較例１〜３の再生成形材の中央部より、断面積が５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出し、曲げ弾性率、及び曲げ強度（曲げ強さ）を測定した。測定結果を表１に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００６４】
【表１】
表１から分かる様に、破砕片を充分に加圧（圧密化）しない比較例１や、破砕片の配向を行わない比較例２、あるいは、破砕物を全て用いた比較例３に比べて、本実施形態の実施例１は充分な強度を発現している。このように、本実施形態によれば、繊維強化成形材（ＦＲＰ）で製された軌道枕木や受圧板などの土木資材に供されている合成木材の廃材をリサイクルすることにより、充分な強度を有する再生成形材を提供することが可能となる。
【００６６】
（第２実施形態）
第２実施形態の再生成形材の製造工程は、前記第１実施形態の製造工程とほぼ同じであるから、前記図１を参照して製造手順を説明する。本実施形態では、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を用いた。
【００６７】
まず予め、廃棄する構造体として上記合成木材を、長繊維の長さが１３０ｍｍとなるように予備切断し、その切断された合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。破砕された破砕片は分級して所定のサイズの破砕片を選び出す選別工程を経ずに結合剤付着工程に移した。なお、得られた破砕片１０の密度は０．６４ｇ／ｃｍ3〜０．８４ｇ／ｃｍ3であった。
【００６８】
次に、結合剤付着工程では、図１（ｂ）に示す様に、ドラムブレンダー１１内に破砕片１０と共に結合剤（ＭＤＩ：Methylene Diphenyl Isocyanate.住化バイエルウレタン株式会社製「スミジュール４４Ｖ１０」を破砕片の総量に対して１１重量％投入し、回転撹拌して破砕片１０の表面に結合剤を均一に塗布した。
【００６９】
配向工程では、図１（ｃ）に示す様に、ディスク１３を１０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入して板状に整形された破砕片の集合体１６を生成した。そして、図１（ｄ）に示す様に、整形された破砕片１０の集合体１６をプレス装置１７に挿入して１８０℃で１時間加熱しつつ加圧し、厚さ７０ｍｍ、幅２３０ｍｍ、長さ２ｍで平均密度が１．１５ｇ／ｃｍ3の再生成形材２（実施例２）を得た。
【００７０】
また、実施例２の再生成形材２と比較するために、次に示す比較例４、５の再生成形材を試作した。
比較例４：実施例２において、長繊維の長さが４０ｍｍとなるように予備切断した以外は、実施例２と同様にして、平均密度が１．１５ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
比較例５：実施例２において、長繊維の長さが２２０ｍｍとなるように予備切断した以外は、実施例２と同様にして、平均密度が１．１５ｇ／ｃｍ3の再生成形材を得た。
【００７１】
次いで、実施例２、比較例４、５の再生成形材の中央部より、断面積が５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出し、曲げ強度（曲げ強さ）を測定した。測定結果を表２に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００７２】
【表２】
表２から、長繊維長さが５０ｍｍ未満の比較例４や２００ｍｍより大の比較例５の場合では、実施例２と比べて、曲げ強度が低下していることが分かる。即ち、長繊維長さが５０ｍｍ〜２００ｍｍであれば、特に選別工程を経ずとも、破砕時に発生するランダムな寸法の破砕片や粉砕物の含有量が、得られる再生成形品の曲げ強度を低下させない範囲内になることが分かる。
【００７４】
（第３実施形態）
図２は、第３実施形態の再生成形材の製造工程を示す説明図であり、図を参照しつつ製造手順を説明する。
【００７５】
本実施形態においても、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を用いた。まず、廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。そして、破砕物をウェーブローラ方式の分級機に投入して分級し、図２（ａ）に示す様に、厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満の細長いチップ状の破砕片１０を選別した。破砕片１０の選別収率は略３５％であった。また、選別した破砕片１０の平均密度は０．７ｇ／ｃｍ3であった。
【００７６】
選別した破砕片１０を加圧装置（不図示）に投入し、温度１８０℃、圧力５ＭＰａ で２０分間保圧して破砕片１０を圧密化した。圧密化された破砕片１０の平均密度は１．２ｇ／ｃｍ3であった。また、破砕片１０の厚さおよび幅は１〜２ｍｍ、長さは２０〜３０ｍｍであった。
【００７７】
次に、図２（ｂ）の様に、ドラムブレンダー１１内に圧密化した破砕片１０を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕片１０の総量に対して７重量％噴霧して破砕片１０の表面に結合剤を均一に付着させた。
【００７８】
配向工程では、図２（ｃ）に示す様に、厚さ１ｍｍのディスク１３を２０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した圧密化された破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入し、次いで、図２（ｄ）の様に、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力１ＭＰａ で１分間加圧して、半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）１８を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）１８は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は１．３ｇ／ｃｍ3であった。
【００７９】
次いで、図２（ｅ）の様に、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材１９（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を補強層１９として予備成形体（芯材）１８の両面に積層し、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力０．５ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．５ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材３（実施例３）を得た。
【００８０】
また、実施例３の再生成形材３と比較するために、破砕物の分級および圧密化を行わずに成形した次に示す比較例６の再生成形材を試作した。比較例６は下記の工程で試作した。
廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を２軸破砕機を用いて破砕した。破砕物の厚さおよび幅は０．０１〜１２ｍｍ、長さは０．０１〜１２０ｍｍ、平均密度は０．７４ｇ／ｃｍ3 であった。
【００８１】
次いで、ドラムブレンダー内に破砕物を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕物の総量に対して７重量％噴霧して破砕物の表面に結合剤を均一に付着させた。そして、結合剤を付着させた破砕物を成形金型に投入し、プレス装置にて温度６０℃、圧力１ＭＰａ で１分間加圧して半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は０．８ｇ／ｃｍ3 であった。
【００８２】
次いで、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの上記合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ７４）を補強層として予備成形体（芯材）の両面に積層し、プレス装置にて温度６０℃、圧力０．５ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．５ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材（比較例６）を得た。
【００８３】
そして実施例３、比較例６の再生成形材より曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。また、実施例２および比較例４の各々の芯材（完全硬化させたもの）および補強層の曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。測定結果を表３に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００８４】
【表３】
表３から分かる様に、破砕物を分級および圧密化しない比較例６に比べて、本実施形態の実施例３では芯材の強度が著しく向上しており、これに伴って、再生成形材の強度向上が図られている。特に、実施例２の再生成形材では、軌道枕木に要求される曲げ弾性率６０００ＭＰａを確保することができ、合成木材の廃材をリサイクルした合成まくら木を提供することが可能となる。
【００８６】
（第４実施形態）
第４実施形態の再生成形材の製造工程は前記第３実施形態の製造工程と同一であるので、前記図２を参照して製造手順を説明する。本実施形態では、廃棄する構造体としてガラス長繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製 エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を用いた。
まず、廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材を２軸破砕機を用いて破砕した。そして、破砕物をウェーブローラ方式の分級機に投入して分級し、図２（ａ）に示す様に、厚さおよび幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ未満の細長いチップ状の破砕片１０を選別した。破砕片１０の選別収率は略３５％であった。また、選別した破砕片１０は、厚さおよび幅が１〜２ｍｍ、長さが２０〜３０ｍｍであった。
【００８７】
次いで、図２（ｂ）の様に、ドラムブレンダー１１内に破砕片１０を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕片１０の総量に対して７重量％噴霧して破砕片１０の表面に結合剤を均一に付着させた。
【００８８】
配向工程では、図２（ｃ）に示す様に、厚さ１ｍｍのディスク１３を２０ｍｍ間隔で配置したディスクオリエンター１２に向けて結合剤を塗布した破砕片１０を上部のベルトコンベア１４から落下させ、破砕片１０の長手方向を成形ライン方向に引き揃えつつ破砕片１０を成形金型１５に投入し、次いで、図２（ｄ）の様に、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力０．８ＭＰａ で１分間加圧し、半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）１８を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は０．５５ｇ／ｃｍ3であった。
【００８９】
次いで、図２（ｅ）の様に、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材１９（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を補強層１９として予備成形体（芯材）１８の両面に積層し、プレス装置１７にて温度６０℃、圧力０．４ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．４ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材４（実施例４）を得た。尚、破砕する構造体および補強層１９に用いた合成木材（ＦＦＵ５０）は、前記第３実施形態において用いた合成木材（ＦＦＵ７４）よりも軽量で曲げ強度（曲げ強さ）の低いものである。
【００９０】
また、実施例４の再生成形材４と比較するために、破砕物の分級および配向を行わずに成形した次に示す比較例７の再生成形材を試作した。比較例７は下記の工程で試作した。
廃棄する構造体を破砕する工程では、上記合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を２軸破砕機を用いて破砕した。破砕物の厚さは０．０１〜１２ｍｍ、長さは０．０１〜１２０ｍｍ、平均密度は、０．５ｇ／ｃｍ3であった。
【００９１】
次いで、ドラムブレンダー内に破砕物を投入し、結合剤（ポリメリックＭＤＩ）を破砕物の総量に対して７重量％噴霧して破砕物の表面に結合剤を均一に付着させた。そして、結合剤を付着させた破砕物を成形金型に投入し、プレス装置にて温度６０℃、圧力０．８ＭＰａ で１分間加圧して半硬化状態の板状の予備成形体（芯材）を得た。トリミング後の予備成形体（芯材）は長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、平均密度は０．５５ｇ／ｃｍ3であった。
【００９２】
次いで、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの繊維強化硬質ウレタン樹脂発泡体を素材とする合成木材（積水化学工業株式会社製エスロンネオランバーＦＦＵ５０）を補強層として予備成形体（芯材）の両面に積層し、プレス装置にて温度６０℃、圧力０．４ＭＰａ で１２０分間加圧し、次いで、温度２０℃、圧力０．４ＭＰａ で２０分間保圧して、サンドイッチ状に積層された再生成形材（比較例７）を得た。
【００９３】
そして、実施例４、比較例７の再生成形材より曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。また、実施例４および比較例７の各々の再生成形材を構成する芯材（完全硬化させたもの）および補強層の各々の曲げ試験用の試験片（長さ４５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を切り出して曲げ弾性率を測定した。測定結果を表４に示す。尚、測定はＪＩＳ Ｚ ２１０１の規定に準拠して行った。
【００９４】
【表４】
表４から分かる様に、破砕物を分級および圧密化しない比較例７に比べて、本実施形態の実施例４では芯材の強度が著しく向上しており、これに伴って、再生成形材としての強度が向上している。特に、実施例４の再生成形材では、軽量合成木材に要求される曲げ弾性率４０００ＭＰａを確保することができ、合成木材の廃材をリサイクルした新たな軽量合成木材を提供することが可能となる。
【００９６】
なお、前記第１又は第２実施形態では、構造体を破砕して選別した破砕片をそのままプレス成形して再生成形材を製したが、破砕片を予め所定の平均密度に圧密化した後にプレス成形することも可能であり、一層強度を向上させた再生成形材を得ることが可能である。
【００９７】
また、前記第３実施形態および第４実施形態では、芯材の両面に補強層を積層した再生成形材として述べたが、芯材の片面のみに補強層を積層した再生成形材としても良い。また、前記第３実施形態および第４実施形態では、予備成形した芯材に既製の合成木材を補強層として積層する構成で示したが、本発明はこのような構成に限られるものではない。例えば、予備成形した芯材にガラス長繊維と樹脂材を用いて補強層を形成しつつ成形する方法、則ち、前記したように、板状に予備成形した芯材をマット状に配したガラス長繊維とともに積層してプレス成形を行う金型にセットし、金型内に熱硬化性樹脂を注入して一体成形する等の種々の方法を採用することが可能である。
【００９８】
【発明の効果】
発明１又は２の製造方法によれば、繊維強化成形材をリサイクルして充分な強度を有する再生成形材を効率良く製造することが可能となる。発明３〜１２によれば、繊維強化成形材の廃材をリサイクルして充分な強度を有する再生成形材を提供することが可能となる。発明１３によれば、発明３〜１２の再生成形材で形成される芯材に更に補強層を積層することにより、一層強度を増した再生成形材を提供することが可能となる。発明１４によれば、繊維強化成形材の廃材をリサイクルして充分な強度を有する合成まくら木を提供することができる。
また、発明１５によれば、軽量合成木材の廃材をリサイクルして充分な強度を有する軽量合成木材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る再生成形材の製造工程を示す説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の別の実施形態に係る再生成形材の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 再生成形材
２ 合成まくら木
３ 軽量合成木材
１０ 破砕片
１６ 破砕片の集合体
１８ 芯材
１９ 補強層
Claims (1)
- 繊維強化成形材で製された構造体を破砕し、破砕によって生じたランダムな寸法の破砕物から、厚さおよび幅が0.5mm以上10mm未満であり、長さが10mm以上200mm未満の細長いチップ状の破砕片を選別し、選別された破砕片の表面に結合剤を付着させた後、結合剤が付着した破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向しつつ破砕片による集合体が配向方向へ長尺となるように板状に整形し、整形された破砕片の板状の集合体を厚さ方向にプレス成形することを特徴とする再生成形材の製造方法。
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