JP6611369B2 - 繊維強化樹脂成形品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品及びその製造方法に関する。

従来より、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製板材を足場板、床材等に使用する場合、例えば、特許文献１のように、板材の両端下部に補強のために中空リブを設けることがある。この繊維強化樹脂成形品では、中空リブ内に金属等よりなる補強材が挿入されている。

特公昭６２−１３１７５号公報

しかしながら、特許文献１の繊維強化樹脂成形品では、中空リブ内に金属製等の補強材が挿入されているので、支持部の位置によって局所的に板材の質量が大きくなり、自重等によって大きな撓みが発生する場合がある。また、金属製芯材と樹脂部分とで線膨張係数の違いから負担がかかり、場合によっては亀裂が生じるという問題がある。

また、鉄道施設用部材のように難燃・不燃性を厳しく要求される部材においては、樹脂中に水酸化アルミニウム等の難燃材又は不燃材を含有させるため、引き抜き成形時の粘性が高くなって繊維に含浸し難くなる。このため、繊維の本数を少なくせざるを得なくなり、その結果、強度又は剛性の低下をきたすという問題もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繊維強化樹脂成形品の強度を向上させることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、強化繊維を含む中心層の周りを連続して強化繊維層で覆うようにした。

具体的には、第１の発明では、長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品であって、
上記中空リブ及び上記天板を構成する強化繊維を含む中心層と、
少なくとも上記天板の上下面及び上記中空リブの幅方向両側面における上記中心層の周囲を連続して覆う強化繊維層とを含む。

上記の構成によると、強度アップのために設けた中空リブを含む中心層の周りを連続して強化繊維層で補強することにより、中心層を金属製芯材等で構成する必要がなくなり、質量が軽くなる。このため、質量増加による撓みが防止される。また、金属製の芯材を設けずに強化繊維層を設けることで、線膨張係数の違いによる負担の発生を防止できる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記中心層を含む上記天板の幅方向両側に上記中空リブが、金属製芯材を含まない状態で一体成形されている。

上記の構成によると、天板の幅方向両側に設けた中空リブにより、特に長手方向の中心層自体の強度がアップする。しかも、その中心層の周囲を強化繊維層で覆ったので、金属製芯材を含まなくても強度が確保される。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記中心層は、複数の長手方向に延びる強化繊維束又は繊維マットが硬化性樹脂で覆われて構成されている。

上記の構成によると、中心層自体も強化繊維で強化されているので、金属製芯材を含まなくても強度が維持される。

第４の発明では、第３の発明において、
上記中心層は、該中心層を中心として対称に上記強化繊維層で覆われている。

上記の構成によると、中心層の両側に強化繊維層が対称に配置されるので、成形時の反りが発生しにくい。ここで、「対称」とは、完全に中心層を中心として対称である必要はなく、成形時に反りが発生しない程度に対称という意味であり、対応する強化繊維層同士で、その形状や中心層からの距離が多少異なっていてもよい。

第５の発明では、第３又は第４の発明において、
上記強化繊維層の外側がさらに外側繊維マット層で覆われている。

上記の構成によると、外側繊維マット層でさらに覆うことで、表面の仕上がり状態が向上する。また、外側繊維マット層であれば、長手方向の強度だけでなく、周方向の強度向上も図られる。なお、「周方向」とは、長手方向と直角をなす方向をいう。

第６の発明では、第５の発明において、
上記中空リブの下面の上記中心層は、上記強化繊維層なしで上記外側繊維マット層で覆われている。

上記の構成によると、外層マット層のみ設けて強化繊維層を設けないことで、引き抜き成形時に余分な繊維帯を設置せずに済み、経済的である。

第７の発明では、第１から第６のいずれか１つの発明において、
難燃材又は不燃材を含む硬化性樹脂で覆われている。

上記の構成によると、難燃性又は不燃性となり、鉄道施設用部材として使用できる。難燃材又は不燃材を溶融樹脂に含ませると、成形時の粘性が高くなって強化繊維の含有率を少なくせざるを得ないが、中空リブや強化繊維層により、強化繊維が少なくても必要強度を満足することができる。

第８の発明では、長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
上記中空リブ及び上記天板を構成する強化繊維を含む中心層と、
少なくとも上記天板の上下面及び上記中空リブの幅方向両側面における上記中心層の周囲を連続して覆う強化繊維層とを
上記中心層が該中心層を中心として対称に上記強化繊維層で覆われるようにしながら樹脂を含浸させて引き抜き成形する。

上記の構成によると、強化繊維層が中心層を対称に覆うようにしたので、反りを防ぎながら強度が高く形状が安定した繊維強化樹脂成形品の引き抜き成形が行われる。

第９の発明では、第８の発明において、
上記引き抜き成形時に上記強化繊維層の外側をさらに外側繊維マット層で覆い、上記中空リブの下面の上記中心層は上記外側繊維マット層のみで覆う。

上記の構成によると、引き抜き成形時にさらに外側繊維マット層で覆うことで、表面の仕上がりを向上させると共に、周方向の強度についても容易に向上させることができる。また、中空リブの下面は強化繊維層を省略することで、引き抜き成形時に余分な繊維帯を設置せずに済み、経済的である。

以上説明したように、本発明によれば、繊維強化樹脂成形品の強度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る絶縁性保護板の層配置状態を概略的に示す断面図である。 絶縁性保護板が設けられた地下鉄の軌道を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る絶縁性保護板の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る絶縁性保護板の製造方法における各引き抜き要素の配置を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−絶縁性保護板の構成−
図２は本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品としての絶縁性保護板１が設けられた地下鉄の軌道１０を示す。この軌道１０には地下鉄の車輪（図示しない）を支持する一対の軌条１１と、これらの軌条１１を支持する枕木１２と、枕木１２を軌条１１に固定する固定部材１３とが設けられている。一対の軌条１１に平行に地下鉄に電力を供給する第３軌条１４が支持部１５に支持された状態で設けられている。そしてこの第３軌条１４の少なくとも上方が絶縁性保護板１で覆われている。

図１に断面構成の概略を一部拡大して示すように、絶縁性保護板１は、長手方向に延びる中空リブ１ｂ及び板状の天板１ａを含み、同じく軌条１１に沿って延びる長尺の側板１６と共に、第３軌条１４に沿って設けられている。絶縁性保護板１は、例えば、保護板支持部材１７にボルト締結されている。

絶縁性保護板１は、中空リブ１ｂ及び天板１ａを構成する強化繊維を含む中心層２を備えている。本実施形態では、中心層２は、複数の長手方向に延びる強化繊維束が硬化性樹脂５で覆われて構成されている。具体的には、図４に概念的に示すように、ガラス繊維を木綿糸ほどの太さに束ねたストランドを数１０本まとめたガラスロービング２ａに硬化性樹脂５を含浸させて中心層２が形成されている。これにより、中心層２自体も強化繊維で強化されているので、金属製芯材を含まなくても強度が維持される。なお、図１及び図４は、理解をしやすくするために断面構成を概念的に示したものであり、各層が明確に分かれているのではなく、実際の断面構成は、下記製造方法でも示すように、同じ硬化性樹脂５材料の中にガラスロービング２ａ等が配置されている。なお、硬化性樹脂５の具体例としては、特に限定されないが、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂がある。本実施形態では、この硬化性樹脂５に、水酸化アルミニウム等の難燃材や不燃材が添加されている。

そして、少なくとも天板１ａの上下面及び中空リブ１ｂの幅方向両側面における中心層２の周囲が連続して強化繊維層としてのクロス層３に覆われている。本実施形態では、クロス層３は、ガラス繊維クロス３ａを含み、このガラス繊維クロス３ａは、ガラス繊維のストランドで織った布に硬化性樹脂５を含浸させたものよりなる。このように、強度アップのために設けた中空リブ１ｂを含む中心層２の周りをクロス層３で補強することにより、中心層２を金属製芯材等で構成する必要がなくなり、質量が軽くなる。このため、局所的な質量増加による撓みが防止される。また、金属製の芯材を設けず、クロス層３を設けることで、線膨張係数の違いによる負担が発生しない。

中心層２は、この中心層２を中心として対称にクロス層３で覆われている。本実施形態では、特に中心層２の両側にほぼ同じ厚さのクロス層３が配置されている。ここで、「対称」とは、完全に対称である必要はなく、成形時に反りが発生しない程度に対称という意味であり、対応するガラス繊維クロス３ａ同士で、その形状や中心層からの距離が多少異なっていてもよいが、厚さは同じであるのが望ましい。このようにすれば、成形時の反りが発生しにくいという利点がある。また、隣り合うガラス繊維クロス３ａ同士は、角部などで互いに端部が重なり合っていてもよい。

そして、クロス層３の外側がさらに外側繊維マット層４で覆われている。本実施形態では、外側繊維マット層４は、例えば、連続ストランドを不規則に何層も重ねてバインダで布状にしたガラス繊維マット４ａに硬化性樹脂５を含浸させたものよりなる。このガラス繊維マット４ａは、特に引き抜き成形のように張力が加わる成形に適している。また、隣り合うガラス繊維マット４ａ同士は、角部などで互いに端部が重なり合っていてもよい。このように外側繊維マット層４でさらに覆うことで、強度がさらに向上する。また、マット層であれば、表面の仕上がりが向上すると共に、周方向の強度も向上する。マット層は、重ね合わせがしやすく、曲線にもなじみやすく、表面の仕上がりをよくするというメリットがある。また、外側繊維マット層４についても、中心層２を中心として対称にクロス層３を覆っているのが望ましく、対応するガラス繊維マット４ａの厚さは同じであるのが望ましい。

そして、中空リブ１ｂの下面の上記中心層２は、外側繊維マット層４にのみ覆われている。すなわち、中空リブ１ｂの下面は、外側繊維マット層のみ設けてクロス層３を設けないことで、引き抜き成形時に余分なガラス繊維クロス３ａを設置せずに済み、経済的である。なお、上面側にガラス繊維クロス３ａを設けているので、荷重が加わったときにも形状が保持されるため、下面側のガラス繊維クロス３ａを省略することができる。

このように構成することで、中心層２を含む天板１ａの幅方向両側に中空リブ１ｂが、金属製芯材を含まない状態で絶縁性保護板１が一体成形されている。この天板１ａの幅方向両側に設けた中空リブ１ｂにより、特に長手方向の中心層２自体の強度がアップする。しかも、その中心層２の周囲をクロス層３で覆ったので、金属製芯材を含まなくても強度が確保される。

そして、絶縁性保護板１は、水酸化アルミニウム等の難燃材又は不燃材を含む硬化性樹脂５で覆われているので、全体として難燃性又は不燃性を有する。難燃性又は不燃性であれば、鉄道施設用部材として使用できる。難燃材又は不燃材を含ませると、成形時の液体状の硬化性樹脂５の粘性が高くなって強化繊維の含有率を少なくせざるを得ないが、中空リブ１ｂやクロス層３により強度を向上させることで、ガラスロービング２ａ、ガラス繊維クロス３ａ、ガラス繊維マット４ａ等の強化繊維の含有率を必要最小限とすることができる。

このように、本実施形態の強度が高く絶縁性のある絶縁性保護板１を用いれば、地下鉄などで使用される高電圧の電流が流れる第３軌条が安全に覆われる。

−絶縁性保護板の製造方法−
次に、本実施形態に係る絶縁性保護板１の製造方法について図３及び図４を用いて説明する。

まず、準備工程として、中心層２を構成する長手方向に延びる強化繊維であるガラスロービング２ａは、中空リブ１ｂ及び天板１ａに沿って多数並べられる。このため、数百個のガラスロービング２ａを巻き取ったロービングロール２ｂが配置される。

また、クロス層３を構成するガラス繊維クロス３ａを巻き取るクロスロール３ｂは、上記ロービングロール２ｂの外側に、互いの端部が最終的に多少重なるような位置に対称に配置される。

また、外側繊維マット層４を構成するガラス繊維マット４ａは、クロスロール３ｂのさらに外側に、互いの端部が最終的に多少重なるような位置に対称に配置される。

また、液体状の硬化性樹脂５が貯留された樹脂槽５ａを準備する。硬化性樹脂５としては、熱硬化性樹脂の不飽和ポリエステル樹脂を用い、水酸化アルミニウム等の難燃材や不燃材を添加した状態で液体の状態にしておく。

なお、図３では、全てのロール２ｂ，３ｂ，４ｂ等を記載するのは困難なため、概念的に記載している。

本発明の絶縁性保護板１は、引抜成形法により製造される。例えば、この引抜成形法においては、図３に示すように、まず中心層２を構成する多数本のガラスロービング２ａに硬化性樹脂５を含浸させる。

次いで、硬化性樹脂５が十分に含浸したガラスロービング２ａに、ガラス繊維クロス３ａを合流させ、さらにガラス繊維マット４ａを合流させる。ガラス繊維クロス３ａの数及び配置はクロス層３における分割数に応じて適宜調整するとよい。同じくガラス繊維マット４ａの数及び配置は外側繊維マット層４を構成するガラス繊維マット４ａの分割数に応じて適宜調整するとよい。

その後、これらのガラスロービング２ａ、ガラス繊維クロス３ａ及びガラス繊維マット４ａを、垂直断面において図４に例示するような層構成となるように配置させながら、ガイド２０により誘導し、ガラスロービング２ａに含浸されている硬化性樹脂５をさらにガラス繊維クロス３ａ及びガラス繊維マット４ａにも含浸させ、金型２１の一端側から引き込む。このとき、中空リブ１ｂの部分には、中子を設けてもよい。天板１ａの上下面及び中空リブ１ｂの幅方向両側面における中心層２の周囲を連続してクロス層３で覆う。中空リブ１ｂの下面はクロス層３を省略する。

このとき、ガラス繊維クロス３ａ及びガラス繊維マット４ａは、周方向において端部同士で重なり合うように、ガイド２０により調整されてもよい。

金型２１内では加熱により硬化性樹脂５を十分に硬化させ、絶縁性保護板１を得る。

得られた絶縁性保護板１は、金型２１から連続的に引取装置２２（例えば、ダブルグリッパー方式）により引き取り、切断機２３によって所定長さに切断する等、後加工する。

このように、強化繊維を含む中空リブを有する中心層２と、その中心層２の周囲を連続して覆うクロス層３とを中心層２を中心として対称に覆うようにしたので、反りを防ぎながら強度が高く形状が安定した絶縁性保護板１を引き抜き成形できる。

また、中空リブ１ｂの下面はクロス層３を省略することで、引き抜き成形時に余分なガラス繊維クロス３ａを設置せずに済み、経済的である。

さらに、周方向につながりのないガラスロービング２ａで中心層２を形成し、その上を面方向の強度は強いが、表面が凸凹しやすく接着性が必ずしもよくないガラス繊維クロス３ａの上からガラス繊維マット４ａで覆って全体を一体化することで、面全体の強度アップを図ることができると共に、表面の仕上がりをよくすることができる。

したがって、本実施形態によると、絶縁性保護板１の強度を効果的に向上させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、引き抜き成形による繊維強化樹脂成形品の成形方法について説明した。しかし、詳しくは図示しないが、ハンドレイアップ成形、プレス成形、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形等で絶縁性保護板１の成形を行ってもよい。

上記実施形態では、中心層２は、ガラスロービング２ａを強化繊維としたが、ガラス繊維などの繊維マットが硬化性樹脂５で覆われて構成されていてもよい。引き抜き成形以外の成形方法では張力が発生しにくいので、中心層２には繊維マットが適している。この場合、中心層２の繊維マットと、外側繊維マット層４のガラス繊維マット４ａとは同じものを使用してもよい。中心層２をガラス繊維マット４ａにした場合には、表面の仕上がりがよくなり、周方向の強度も向上する。

上記実施形態では、強化繊維としてガラス繊維の例を示しているが、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等でもよい。

上記実施形態では、繊維強化樹脂成形品の一例として、第３軌条１４を覆う絶縁性保護板を示したが、絶縁性を必要としないものであれば、例えば炭素繊維を強化繊維としたもので構成してもよい。また、難燃性や不燃性を必要としないものであれば、硬化性樹脂５内に難燃材や不燃材を添加する必要はない。繊維強化樹脂成形品は、長尺のもので天板１ａと中空リブ１ｂを有するものであればよく、中空リブ１ｂは、１本のみでも３本以上でもよい。本発明の繊維強化樹脂成形品は、足場、床材など、長尺で人が載る等の荷重が加わる場所に適している。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 絶縁性保護板（繊維強化樹脂成形品）
１ａ 天板
１ｂ 中空リブ
２ 中心層
２ａ ガラスロービング
２ｂ ロービングロール
３ クロス層（強化繊維層）
３ａ ガラス繊維クロス
３ｂ クロスロール
４ 外側繊維マット層
４ａ ガラス繊維マット
５ 硬化性樹脂
５ａ 樹脂槽
１０ 軌道
１１ 軌条
１２ 枕木
１３ 固定部材
１４ 第３軌条
１５ 支持部
１６ 側板
１７ 保護板支持部材
２０ ガイド
２１ 金型
２２ 引取装置
２３ 切断機

Claims (10)

1. 長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品であって、
   上記中空リブ及び上記天板を構成する強化繊維を含む中心層と、
   少なくとも上記天板の上下面及び上記中空リブの幅方向両側面における上記中心層の周囲を連続して覆う強化繊維層とを含み、
   上記中心層を含む上記天板の幅方向両側に上記中空リブが、金属製芯材を含まない状態で一体成形されている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
2. 長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品であって、
   上記中空リブ及び上記天板を構成する強化繊維を含む中心層と、
   少なくとも上記天板の上下面及び上記中空リブの幅方向両側面における上記中心層の周囲を連続して覆うクロス層よりなる強化繊維層とを含み、
   上記中心層を含む上記天板に上記中空リブが、金属製芯材を含まない状態で一体成形されており、
   難燃材又は不燃材を含む硬化性樹脂で覆われている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
3. 請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂成形品において、
   上記中心層は、複数の長手方向に延びる強化繊維束又は繊維マットが硬化性樹脂で覆われて構成されている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
4. 請求項３に記載の繊維強化樹脂成形品において、
   上記中心層における天板の中空リブが設けられていない部分は、該中心層を中心として対称に上記強化繊維層で覆われている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
5. 請求項３又は４に記載の繊維強化樹脂成形品において、
   上記強化繊維層の外側がさらに外側繊維マット層で覆われている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
6. 請求項５に記載の繊維強化樹脂成形品において、
   上記中空リブの下面の上記中心層は、上記強化繊維層なしで上記外側繊維マット層で覆われている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
7. 請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品において、
   難燃材又は不燃材を含む硬化性樹脂で覆われている
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
8. 長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
   上記中空リブ及び上記天板を構成する強化繊維を含む中心層と、
   少なくとも上記天板の上下面及び上記中空リブの幅方向両側面における上記中心層の周囲を連続して覆う強化繊維層とを
   上記中心層における天板の中空リブが設けられていない部分が該中心層を中心として対称に上記強化繊維層で覆われるようにしながら樹脂を含浸させて引き抜き成形し、
   上記中心層を含む上記天板の幅方向両側に上記中空リブを、金属製芯材を含まない状態で一体成形する
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
9. 請求項８に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
   上記引き抜き成形時に上記強化繊維層の外側をさらに外側繊維マット層で覆い、上記中空リブの下面の上記中心層は上記外側繊維マット層のみで覆う
   ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
10. 長手方向に延びる中空リブ及び板状の天板を含む長尺の繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
    上記中空リブ及び上記天板を構成する強化繊維を含む中心層と、
    少なくとも上記天板の上下面及び上記中空リブの幅方向両側面における上記中心層の周囲を連続して覆うクロス層よりなる強化繊維層とを
    上記中心層における天板の中空リブが設けられていない部分が該中心層を中心として対称に上記強化繊維層で覆われるようにしながら硬化性樹脂を含浸させて金型の一端側から引き込み、
    金型内で上記硬化性樹脂を硬化させ、上記中心層を含む上記天板に上記中空リブを、金属製芯材を含まない状態で一体成形する
    ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。

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