JP4901190B2 - 軽量な断熱耐火パネル - Google Patents

Description

本発明は、建築物の外装に用いられる耐火パネルに関するものである。

従来、建築物の外装に用いられる耐火パネルとして、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、無機材が混入されたフェノールフォームと無機ボードとを介在させた技術として、特許第３３０６４３９号公報（特許文献１）に記載された技術がある。

また、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、無機繊維材の繊維軸の方向をパネルの厚さ方向に向けてある技術として、特許第２８２５１１６号公報（特許文献２）に記載された技術がある。

特許第３３０６４３９号公報 特許第２８２５１１６号公報

しかしながら、前述の特許文献１の技術では、耐火性を確保するために、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、無機ボード層を含み、かつ、無機材が混入されたフェノールフォームを介在させており、フェノールフォームの密度を５０ｋｇ／ｍ^３〜３００ｋｇ／ｍ^３に形成する必要があった。そのため、パネル重量は重くなり、施工性が悪くなるとともに、断熱性が低下するという問題があった。

また、特許文献２の技術では、一般部に無機繊維材を充填するので、セラミックファイバーの綿状物、或いは、ロックウールをコロイダルシリカバインダーにより結合体としたもので、何れの構成でも、密度が１００ｋｇ／ｍ^３程度となる。そのため、特許文献１の技術と同様に、パネル重量は重く、断熱性が低下するという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、表面側有機断熱パネル層、無機ボード層、裏面側有機断熱パネル層から、少なくとも無機ボード層を含む２層を積層接着し、かつ両側端部に雄型連結部、雌型連結部を設けた長尺状の耐火パネルにおいて、パネル重量を軽量化し、施工性を改善すると共に、断熱性を大幅に改善することが出来る耐火パネルを提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る耐火パネルは、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、少なくとも有機断熱パネル層、無機ボード層を含む２層を積層接着し、かつ両側端部に雄型連結部、雌型連結部を設けた長尺状の耐火パネルにおいて、前記有機断熱パネル層は、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３の予め成型されたフェノールフォーム断熱パネルで構成され、両側端部に、無機繊維材を充填し、前記無機繊維材の繊維軸の方向を前記耐火パネルのパネル面に平行な一定方向に向けてあることを特徴とする。

前記無機繊維材の繊維軸の方向は耐火パネルのパネル面に平行な方向であれば良く、耐火パネルの幅方向、長さ方向、或いはパネル面に平行な所定角度の斜め方向等の一定方向に向ければ好ましい。

本発明に係る耐火パネルによれば、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、少なくとも有機断熱パネル層、無機ボード層を含む２層を積層接着した耐火パネルにおいて、有機断熱パネル層として、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３の予め成型されたフェノールフォーム断熱パネルで構成することによって、パネル重量を軽量化し、施工性を改善すると共に、断熱性を大幅に改善することが出来る。

また、耐火パネルの製造時に、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３になるように、フェノールフォーム原料を調合し、吐出させ、反応発泡して、パネル成型する場合、フェノールフォーム中に、反応の際の縮合水が重量の数１０パーセント位が保持され、製品の養生期間、或いはパネルの施工後に、外気温等の変化により、水分が水蒸気化し、逃げ道が無いために、耐火パネルの表面材の内側に残留し、耐火パネル表面が膨れたり、反ったりする等、経時的に耐火パネルに悪影響を及ぼす。

更に、このように低密度で調合されるフェノールフォームの場合、硬化収縮が大きくなるので、耐火パネルに凹みや反りが発生してパネルの寸法精度を確保出来ない。本発明に係る耐火パネルでは、表面側および裏面側有機断熱パネル層は、フェノールフォーム断熱パネル製造時に、熱養生等をして、フェノールフォーム反応の際の縮合水を、予め、放散させておくことが可能で、耐火パネルの養生期間、或いは耐火パネルの施工後に、外気温等の変化により、水分が水蒸気化し、逃げ道が無いために、耐火パネルの表面材の内側に残留し、耐火パネル表面が膨れたり、反ったりする等、経時的に耐火パネルに悪影響を及ぼすことを回避することが可能である。

また、低密度で調合されるフェノールフォームの硬化収縮も、フェノールフォーム断熱パネルとして、予め、成型されれば、長さ、幅、厚さ方向に対して均等に硬化収縮を起こさせ、平面度のあるフェノールフォーム断熱パネルを積層接着することが可能で、耐火パネルに凹みや反りが発生してパネルの寸法精度を確保出来ない問題を回避することが出来る。

このように、予め、軽量化と断熱性を意図して製造された密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォーム断熱パネルを接着して用いることにより、この問題を回避した上、軽量化と断熱性向上を図ることが出来る。

尚、表面側および裏面側有機断熱パネル層として用いられるフェノールフォーム断熱パネルは、全体重量の８０％以上が有機材で構成されたものである。２０％以下の少量であれば、無機材を含んでも、軽量化と断熱性向上を図ることは可能である。しかし、軽量化と断熱性向上の観点で、有機材の比率は多い方が良く、９０％以上が好ましく、更に、９５％以上はより好ましい。

また、このような軽量化と断熱性向上を意図した密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォーム断熱パネルを積層し接着しているにも係わらず、耐火性能の最弱点部となる両側端部だけは、無機繊維材を充填したため、耐火パネルの耐火性を確保することが可能となった。すなわち、パネル厚５０mm〜６０mm程度で、耐火１時間の性能確保が可能となる。また、パネル厚３５mm〜４０mm程度で、防火３０分の耐火性能の性能確保が可能となる。

更に、パネル製造時、両側端部に充填した無機繊維材は、長尺状の金属材からなる表面材及び裏面材を接着する際に、パネル厚さ方向に圧力をかけてパネル厚の寸法精度を確保出来るよう、充填される無機繊維材の厚さは、仕上がり厚さに対して、少々、厚めの設定にしておき、パネル製造時の圧力によって、所定の厚み寸法となるようにするのが好ましい。

その際に、無機繊維材は、パネル厚さ方向に対して圧縮されると同時に、ポアソン比の関係で、パネルの幅方向と長さ方向に伸ばされ、かつ、繊維の束がパネルの厚さ方向に圧力を受けるので、パネルの幅方向或いは長さ方向に向いた繊維が繊維長方向に伸ばされる。そのため、無機繊維が、パネルの幅方向に伸ばされることで、表面側及び裏面側有機断熱パネル層として用いられるフェノールフォーム断熱パネルの小口に対して、押し付けられて絡まるので、接着し一体性を確保することが出来る。また、無機繊維が、パネルの長さ方向に伸ばされることで、両側端部に隣接して配される無機繊維材が、押し付けられて絡まるので、接着し一体性を確保することが出来る。いずれの場合も、接着剤を併用し、より強固に一体化することは好ましい。

尚、本発明に係る耐火パネルでは、無機繊維材の繊維の配向がランダムであっても、或いは、繊維を一定方向に配向させたものであっても良い。ただし、前述した発明の効果で、繊維の束がパネルの厚さ方向に圧力を受け、パネルの幅方向に向いた繊維が繊維長方向に伸ばされることで、表面側及び裏面側有機断熱パネル層として用いられるフェノールフォーム断熱パネルの小口に対して、押し付けて絡め、接着し、一体性を確保する効果、或いは、パネルの長さ方向に向いた繊維が繊維長方向に伸ばされることで、両側端部に隣接した無機繊維材を、押し付けて絡め、接着し、一体性を確保する効果については、無機繊維材の繊維の配向方向が、パネルの幅方向或いは長さ方向の成分だけが有効になる。よって、無機繊維材の繊維の配向方向をパネルの厚さ方向にのみ一定させた場合については、この作用効果はなくなる。

しかし、この場合であっても、耐火性能の最弱点部となる両側端部に無機繊維材を充填し、耐火パネルの耐火性を確保した上、パネル製造時、無機繊維材は、パネル厚さ方向に対して圧縮されると同時に、ポアソン比の関係、作用分としての、パネルの幅方向に伸ばされることで、表面側及び裏面側有機断熱パネル層として用いられるフェノールフォーム断熱パネルの小口に対して、押し付けて絡め、接着し、一体性を確保する効果、或いは、パネルの長さ方向に伸ばされることで、両側端部に隣接した無機繊維材を、押し付けて絡め、接着し、一体性を確保する効果については、有効である。

また、無機繊維材の繊維軸の方向を、耐火パネルの幅方向、長さ方向、或いはパネル面に平行な所定角度の斜め方向等の耐火パネルのパネル面に平行な一定方向に向けてあるため、繊維軸の方向をパネルの厚さ方向に向けた場合との比較で、パネル厚さ方向の空気の流れを阻害することが出来、両側端部周辺の断熱性を高めることが可能となる。

また、パネル厚さ方向に圧力をかけて長尺状の金属材からなる表面材及び裏面材を接着する際に、無機繊維材の繊維軸の方向をパネルの厚さ方向に向けた場合よりも、パネル厚さ方向の剛性も低くなり、柔らかいために、表面側および裏面側有機断熱パネル層として用いられるフェノールフォーム断熱パネルに対して、馴染み易く、パネル厚の寸法精度を確保し易くなり、かつ、段差、浮き等が発生し難い構造とすることが出来る。

特に、両側端部では、雄型連結部、雌型連結部の複雑な凹凸形状をしているが、無機繊維材の繊維軸の方向が、パネルの幅方向、長さ方向、或いはパネル面に平行な所定角度の斜め方向に向けてあり、パネルの厚さ方向の剛性も低くなり、柔らかいために、パネル表面側からの凹凸形状に対して、馴染み易く、該凹凸形状にフィットし易い。尚、パネル小口面側からの凹凸形状に対しては、無機繊維材の繊維軸の方向をパネルの幅方向の一定方向に向けた場合には、その方向の剛性が高く、パネル小口面側からの凹凸形状に対して、馴染み難く、該凹凸形状にフィットし難いが、その場合には、パネル厚み方向で、パネル小口面側からの凹凸形状に合わせた無機繊維材を複数枚用意し、適宜、重ねて充填するようにすることで好適に対応可能である。

一方、無機繊維材の繊維軸の方向をパネルの厚さ方向に向けた場合よりも、パネル厚さ方向の圧縮強度は弱くなるが、両側端部だけのことであり、パネル全体強度として、それが問題にならないよう設計することは可能である。

更に、パネル製造時、パネル厚さ方向に対して圧縮されると同時に、ポアソン比の関係で、パネルの幅方向、長さ方向とパネル面に平行な任意角度の斜め方向に伸ばされ、かつ、繊維の束がパネルの厚さ方向に圧力を受けるので、パネルの幅方向或いは長さ方向の一定方向に向いた繊維が繊維長方向に伸ばされる。そのため、無機繊維が、パネルの幅方向の一定方向に伸ばされることで、表面側及び裏面側有機断熱パネル層として用いられるフェノールフォーム断熱パネルの小口に対して、押し付けられて絡まるので、接着し、一体性をより確保することが出来る。また、無機繊維が、パネルの長さ方向の一定方向に伸ばされることで、両側端部に隣接して配される無機繊維材が、押し付けられて絡まるので、接着し、一体性をより確保することが出来る。さらに、無機繊維が、パネル面に平行な所定角度の斜め方向に伸ばされる場合には、それぞれの幅方向と長さ方向の効果が、それぞれの割合で発揮される。

尚、耐火性能を確保するためには、耐火性能の最弱点部となる両側端部に充填される無機繊維材の密度は高い方が耐火性能の確保が容易であるが、軽量化と断熱性確保も加味し、密度が５０ｋｇ／ｍ^３〜５００ｋｇ／ｍ^３、更には、１００ｋｇ／ｍ^３〜２００ｋｇ／ｍ^３であることが好ましい。両側端部に充填される無機繊維材としては、ロックウール、セラミックファイバー等が好適である。

本発明に係る耐火パネルによれば、長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、少なくとも有機断熱パネル層、無機ボード層を含む２層を積層接着した耐火パネルにおいて、有機断熱パネル層として、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３の予め成型されたフェノールフォーム断熱パネルで構成することによって、パネル重量を軽量化し、施工性を改善すると共に、断熱性を大幅に改善することが出来る。また、このような軽量化と断熱性向上を意図した密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォーム断熱パネルを積層し接着しているにも係わらず、耐火性能の最弱点部となる両側端部だけは、無機繊維材を充填したため、耐火パネルの耐火性を確保することが可能となった。

また、無機繊維材の繊維軸の方向を、耐火パネルの幅方向、長さ方向、或いはパネル面に平行な所定角度の斜め方向等の耐火パネルのパネル面に平行な一定方向に向けてあるため、繊維軸の方向をパネルの厚さ方向に向けた場合との比較で、パネル厚さ方向の空気の流れを阻害することが出来、両側端部周辺の断熱性を高めることが可能となる。

図により本発明に係る耐火パネルの一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る耐火パネルの代表的な実施例を示す一部切欠き斜視図、図２及び図３は本発明に係る耐火パネルのその他の実施例を示す一部切欠き斜視図である。

図１は、長尺状の金属材からなる表面材２と裏面材３との間に、表面側有機断熱パネル層４、無機ボード層５、裏面側有機断熱パネル層６の３層を、この順に積層接着し、かつ両側端部10に雄型連結部７、雌型連結部８をそれぞれ設けた長尺状の耐火パネル１を、両側端部10に直交して切断し描いた一部切欠き斜視図である。

耐火パネル１の幅（働き幅）は、９１０mm或いは６００mmで、図１では、両側端部10の近傍を拡大して描くために、パネル幅の中央部分を切断省略して示している。耐火パネル１の厚さは、５０mm（或いは６０mm）とした。

ここで、表面側有機断熱パネル層４および裏面側有機断熱パネル層６は、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォーム断熱パネルで構成される。本実施形態では密度が２７ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率が０．０２０Ｗ／ｍ・Ｋで、無機材料を殆ど含まないフェノールフォーム断熱パネルで構成し、表面材２、裏面材３、無機ボード層５に積層接着されている。接着剤は、図示しないが、エポキシ系接着剤によって、接着した。無機ボード層５としては、石膏ボードとし、パネル厚のほぼ中央に配置した。

両側端部10には、耐火性能を確保するために、ロックウール（密度１００ｋｇ／ｍ^３〜２００ｋｇ／ｍ^３）で形成された無機繊維材９を繊維９ａの繊維軸方向が耐火パネル１のパネル面に平行な一定方向として該耐火パネル１の幅方向（図１の上下方向）に一定方向になるように配し、長尺状の金属材からなる表面材２および裏面材３を接着する際に、パネル厚さ方向に圧力をかけてパネル厚５０mm（或いは６０mm）の寸法精度を確保出来るようにした。これにより、耐火性能の最弱点部となる両側端部10を、より確実に補強することが出来た。

尚、図１の実施例では、無機繊維材９の繊維９ａの繊維軸方向を、耐火パネル１の幅方向に一定方向に配向した例であるが、耐火パネル１のパネル面に平行な他の一定方向として耐火パネル１の長さ方向（図１の左右方向）に一定方向に配向しても良く、耐火パネル１のパネル面に平行に所望の角度で傾斜させて配向しても良いし、或いは耐火パネル１の厚さ方向に配向しても良い。ただし、無機繊維材９の繊維９ａの繊維軸方向を、耐火パネル１の幅方向或いは長さ方向に一定方向に配向するのが最も好ましく、次に、傾斜させて配向するのが好ましい。

この実施例のように、表面側有機断熱パネル層４および裏面側有機断熱パネル層６を、密度が２７ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率が０．０２０Ｗ／ｍ・Ｋで、無機材料を殆ど含まないフェノールフォーム断熱パネルを積層接着して構成したために、パネル重量を軽量化し、施工性を改善すると共に、断熱性を大幅に改善することが出来た。

また、フェノールフォーム反応の際の縮合水を、予め、放散させておいたので、耐火パネル１の養生期間、或いは耐火パネル１の施工後に、外気温等の変化により、水分が水蒸気化し、逃げ道が無いために、耐火パネル１の表面材２の内側に残留し、耐火パネル１表面が膨れたり、反ったりする等、経時的に耐火パネル１に悪影響を及ぼすことを回避することが可能となった。

更に、低密度２７ｋｇ／ｍ^３で調合されたフェノールフォームであるにもかかわらず、予め、フェノールフォーム断熱パネルとして成型されているので、長さ・幅・厚さ方向に対して均等に硬化収縮を起こさせ、平面度のあるフェノールフォーム断熱パネルとして積層接着することが可能で、耐火パネル１に凹みや反りが発生せず、パネルの寸法精度を確保出来ない問題を回避することが出来た。ここでのフェノールフォーム断熱パネルは、無機材料を殆ど含まず、重量比で、９９％以上が有機材料としたものである。

一方、両側端部10に充填した無機繊維材９の繊維９ａは、図１に縦の線で示したように、繊維軸の方向を耐火パネル１の幅方向（図１の上下方向）に一定方向に向けてあるため、繊維軸の方向を耐火パネル１の厚さ方向に向けた場合との比較で、パネル厚さ方向の空気の流れを阻害することが出来、両側端部10周辺の断熱性を高めることが可能となった。

また、耐火パネル１の製造時、耐火パネル１の厚さ方向に圧力をかけて長尺状の金属材からなる表面材２および裏面材３を接着する際に、無機繊維材９の繊維軸の方向を耐火パネル１の厚さ方向に向けた場合よりも、耐火パネル１の厚さ方向の剛性も低くなり、柔らかいために、表面側有機断熱パネル層４および裏面側有機断熱パネル層６として用いられるフェノールフォーム断熱パネルに対して、馴染み易く、耐火パネル１の厚さの寸法精度を確保し易くなり、かつ、段差、浮き等が発生し難い構造とすることが出来た。

尚、耐火パネル１の小口側からの凹凸形状にフィットして無機繊維材９を充填するために、耐火パネル１の厚み方向に、分割積層して充填した。図示しないが、両側端部10の雄型連結部７側は、４枚に分割積層し、両側端部10の雌型連結部８側は、５枚に分割積層して充填することにより、無機繊維材９を密実に充填することが可能であった。

なお、少々のパネル表面側からの凹凸形状に対しては、無機繊維材９の繊維軸の方向が、耐火パネル１の幅方向（図１の上下方向）に一定方向に向いているため、耐火パネル１の厚さ方向の無機繊維材９の剛性も低く、柔らかいために、馴染み易く、例えば、両側端部10の雌型連結部８側の窪み11にフィットし、問題なく製造することが出来た。

更に、耐火パネル１の製造時、長尺状の金属材からなる表面材２および裏面材３を接着する際に、無機繊維材９は、耐火パネル１の厚さ方向に対して圧縮されると同時に、ポアソン比の関係で、耐火パネル１の幅方向に伸ばされる際、繊維９ａが耐火パネル１の幅方向の一定方向に配向されているため、繊維９ａの末端が、隣接して接着すべき表面側有機断熱パネル層４および裏面側有機断熱パネル層６として用いられるフェノールフォーム断熱パネルの小口に向いており、該フェノールフォーム断熱パネルの小口に対して、繊維９ａが押し付けられてより絡まり易く、接着の一体性をより確実にすることが出来る。ここでは、図示しない接着剤を併用し、より強固に一体化した。

尚、耐火パネル１は長尺状の金属材からなる表面材２、裏面材３間に、表面側有機断熱パネル層４、無機ボード層５、裏面側有機断熱パネル層６から、少なくとも無機ボード層５を含む２層を積層接着したもので良く、図２は、表面側有機断熱パネル層４と無機ボード層５の２層で構成した実施例である。また、図３は、無機ボード層５と裏面側有機断熱パネル層６の２層で構成した実施例である。

図２、図３のように、表面側有機断熱パネル層４か、裏面側有機断熱パネル層６の、いずれかを省略しても、建築納まりから、パネル厚さ５０mm（６０mm）程度の寸法で、耐火１時間の性能確保が可能となる。しかし、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３のフェノールフォーム断熱パネルで、表面側有機断熱パネル層４或いは裏面側有機断熱パネル層６を構成する場合には、パネル厚さ５０mm（６０mm）程度の寸法で、耐火１時間の性能確保をするためには、無機ボード層５は、必須である。無機ボード層５としては、石膏ボードの他に、ケイ酸カルシウム板、炭酸カルシウム板、パーライトセメント板、ロックウール板、スレート板、その他の無機質材が使用出来る。

このように、少なくとも無機ボード層５を含む２層を積層接着した耐火パネル１であれば、図１に示した３層の実施例と同様に、パネル重量を軽量化し、断熱性を大幅に改善することが出来る。また、フェノールフォーム縮合水の残留による膨れなどの不具合や、フェノールフォーム硬化収縮によるパネルの凹みなどの不具合が解消出来るのも同様である。

本発明の活用例として、建築物の外装に用いられる耐火パネルとして好適に利用出来る。

本発明に係る耐火パネルの代表的な実施例を示す一部切欠き斜視図である。 本発明に係る耐火パネルのその他の実施例を示す一部切欠き斜視図である。 本発明に係る耐火パネルのその他の実施例を示す一部切欠き斜視図である。

１…耐火パネル
２…表面材
３…裏面材
４…表面側有機断熱パネル層
５…無機ボード層
６…裏面側有機断熱パネル層
７…雄型連結部
８…雌型連結部
９…無機繊維材
９ａ…繊維
10…両側端部
11…窪み

Claims (1)

1. 長尺状の金属材からなる表面材、裏面材間に、少なくとも有機断熱パネル層、無機ボード層を含む２層を積層接着し、かつ両側端部に雄型連結部、雌型連結部を設けた長尺状の耐火パネルにおいて、
   前記有機断熱パネル層は、密度が２０ｋｇ／ｍ^３〜４９ｋｇ／ｍ^３の予め成型されたフェノールフォーム断熱パネルで構成され、両側端部に、無機繊維材を充填し、前記無機繊維材の繊維軸の方向を前記耐火パネルのパネル面に平行な一定方向に向けてあることを特徴とする耐火パネル。

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