JPH05246752A - モデル材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、モデル材料としてゾノトライト
系珪酸カルシウム成形体を用いて、供給上の安定性は勿
論のこと、形状変化や寸法変化が極めて少なく、耐熱性
に優れ、特殊な処理を施さずに機械加工の終了後に直ち
にモデル材料として使用できることを特徴とする。 【構成】 この発明のモデル材料は、ゾノトライト系珪
酸カルシウム水和物６０〜９４重量部、スチレンーブタ
ジエン共重合体５〜３０重量部、ガラス繊維１〜１０重
量部の組成のゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を耐
熱性接着剤により積層して成ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は大型のモデル材料に関
するもので、特に、耐熱性が要求されたり、寸法変化が
少ないことが強く要求される材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、モデル材料としては木材や樹脂、
或は石膏やセメント等の水硬性材料等、種々の素材が使
用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの材料の中で耐
熱性が有り、且つ変形が少なく、寸法安定性を有し、更
に加工性に優れる材料は乏しい。また、これらの材料で
は寸法上の制約を受け、大型のモデル材料は得にくい。

【０００４】例えば、木材では２００℃程度の耐熱性は
有するものゝ、それ以上では劣化が起こり、極端な場合
には、炭化が生じる。また、寸法安定性に就いても充分
ではなく、特に吸湿により変化を生じる点は大きな問題
である。

【０００５】木材には以上の様な問題が有るが、自然保
護といった別の視点からも大きな問題を抱えている。す
なわち、モデル材料として用いることの出来る木材は一
般に緻密質のものが適当とされているが、当然のこと乍
らこの様な木材は森林資源の減少により枯渇して来てい
る。すなわち、モデル材料になる木材そのものが入手し
難くなって来ていることも大きな問題である。特に、大
型のモデル材料が必要な場合、良質な木材の確保が益々
困難になって来ており、この様な場合には、木材の小片
を積層集積して大型のブロックを製作してモデル材料と
する方法等が採られているが、積層体を構成する木材の
小片１つ１つが前述のように吸湿寸法変化を生じ、安定
性の良いモデル材料とは成り得ない。

【０００６】また、モデル材料として樹脂材料も広く使
われている。この様な樹脂材料は木材に比較して寸法安
定性が優れており、加工性も比較的良好であることから
一部では木材に替わるモデル材料として近年多く使われ
るように成って来ている。併し乍ら、この様な樹脂材料
は耐熱性に乏しく、用途範囲もかなり限定されているの
が現状である。更に、木材に比較して高価であることも
用途範囲を限定させる一因と成っている。

【０００７】一方、木材や樹脂材料の他に石膏やセメン
ト等の所謂水硬性材料もモデル材料として使われてい
る。この様な水硬性材料は比較的、熱安定性の高い無機
質化合物から構成されており、耐熱性が前述の木材や樹
脂に比較して高い点が特徴である。併し乍ら、この様な
材料は所謂脆性材料であり、加工性に劣る欠点がある。
例えば、複雑な段加工や穴あけ加工等では加工部周辺に
欠けやチッピングを生じ易い。更に、この様な材料の欠
点として寸法的な制約が有るという点も挙げられる。す
なわち、この様な水硬性材料は水性スラリーを硬化させ
るものであるから、スラリー充填層の厚さ方向には密度
分布が生じ易く、均質な材料が得られ難くい。従って、
特に厚さ方向に制約を受け、あまり大きなモデル材料が
得に難いと言う問題が有る。

【０００８】この発明はこの様な技術的課題を解決する
ために為されたものであって、その目的とするところは
上述の趣旨からも明らかな様に、供給上の安定性は勿論
のこと、形状変化や寸法変化が極めて少なく、耐熱性に
優れ、特殊な処理を施さずに機械加工が容易に出来るモ
デル材料を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明に依るモデル材料は、ゾノトライト系珪
酸カルシウム成形体をモデル材料として用いる点に主な
要旨を有するものであり、更に、ゾノトライト系珪酸カ
ルシウム成形体を耐熱性接着剤で積層、接着して成るモ
デル材料である点に要旨を有するものである。また、本
発明者等は上述の要求を満足するモデル材料の開発を目
指し、種々研究および検討を重ねた結果、ゾノトライト
系珪酸カルシウム水和物６０〜９４重量部、スチレンー
ブタジエン共重合体５〜３０重量部、ガラス繊維１〜１
０重量部の組成から成るゾノトライト系珪酸カルシウム
成形体をモデル材料として用いることによって、耐熱性
および寸法安定性において優れたモデル材料が得られる
ことを見い出し、この発明に到った。更に、ゾノトライ
ト系珪酸カルシウム成形体を、シリコーン系樹脂、また
はポルトランドセメント、マグネシアセメント、アルミ
ナセメント、半水石膏、リン酸アルミニウム、水ガラス
の１種類以上から成る耐熱材料で接着、積層することに
より、複雑な形状や大型のモデル材料が提供できること
をも見い出し、この発明を完成するに到ることが出来た
ものである。

【００１０】以下に、この発明に就いて具体的に説明し
よう。

【００１１】

【作用】先ず、この発明で使用する珪酸カルシウム成形
体とは、ゾノトライト系珪酸カルシウム水和物６０〜９
４重量部、スチレンーブタジエン共重合体５〜３０重量
部、ガラス繊維１〜１０重量部で構成されるゾノトライ
ト系珪酸カルシウム成形体から成るものである。このゾ
ノトライト珪酸カルシウム成形体の微細組織は針状、或
は繊維状の結晶が絡み合った構造をしており、その性質
も木材に近似していることから、建築用材料として広く
用いられているものである。スチレンーブタジエン共重
合体の配合目的は珪酸カルシウム成形体の強度向上と加
工性向上にある。すなわち、モデル材料としては充分な
強度を有し、取り扱い中に欠けたり割れ等が発生しない
ことは勿論のこと、小径加工や複雑な端面、角部加工が
行える加工性を必要とする。これ等の物性を確保するた
めに前記スチレンーブタジエン共重合体の配合が必要に
なるのである。配合量は５〜３０重量部で充分な物性向
上が得られる。この範囲外、すなわち、５重量部未満で
は目的とする物性は確保出来ず、また、３０重量部を越
えると、スチレンーブタジエン共重合体が珪酸カルシウ
ムに均一に分散せず、均質な成形体とは成り得ない。

【００１２】また、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形
体にはガラス繊維の配合が必須である。このガラス繊維
はマトリックスである珪酸カルシウムが若干のアルカリ
性を呈するためにＥガラス等の所謂耐アルカリ性ガラス
繊維が好ましく、珪酸カルシウム成形体の補強、特に曲
げ強度の向上に効果的である。使用するガラス繊維の形
状、すなわち径および長さは特に限定しないが、径とし
ては５〜３０μm、長さは５〜３０mmのものが好まし
い。また、添加量はガラス繊維の寸法により異なるが、
１〜１０重量部である。１０重量部を越えて添加する
と、ガラス繊維の凝集が起こり、むしろ珪酸カルシウム
成形体の強度を低下させる等の悪影響を及ぼす。一方、
１重量部未満では成形体中のガラス繊維の密度が低く、
目的とする強度向上を図ることが出来ない。

【００１３】以上の構成から成るゾノトライト系珪酸カ
ルシウム人造木材の物性の一例を下記の表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】上記の表１に示される様に、ゾノトライト
系珪酸カルシウム成形体は木材に対して機械的強度が若
干劣るものゝ優れた寸法安定性を有している点が大きな
特長であるが、天然木材や樹脂材料、或は石膏等の水硬
性材料より圧倒的に優れている点は、熱に対する寸法安
定性と、経時的な吸湿に対する寸法安定性である。この
成形体の主要成分であるゾノトライトの耐熱性は８００
℃以上である。これは、ゾノトライトに含まれる結晶水
の割合が非常に小さく、損失が少ないことによるもので
ある。このために、モデル材料に用いられる木材や石膏
等の水硬性材料に対して寸法安定性が良好で、所定形状
に機械加工を行うだけで、容易にモデルを製作すること
が出来る。

【００１６】続いて、ゾノトライト系珪酸カルシウム成
形体のモデル材料としての使用法に就いて述べる。

【００１７】先ず、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形
体を製造するために、シリカ原料とカルシウム原料を調
合して水を加えてスラリーを作り、一旦加熱して両者を
反応させた上で、オートクレーブで水熱反応させてゾノ
トライトを合成し、所定量のガラス繊維とスチレンーブ
タジエン共重合体のポリマーエマルジョンを添加して加
圧脱水成形を行う。この加圧脱水成形の際に、要求され
るモデルの寸法に成形することによって、そのまゝモデ
ル材料とすることが出来る。モデル材料の全てがこの様
な方法により製作できれば良いが、この様な方法が使え
ない、若しくは使い難い場合がある。すなわち、著しく
大きなモデルが必要な時や、或は複雑な形状のブロック
を作りたい時などである。この様な場合には、成形した
ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を接着、積層して
所望の寸法や形状にすることが出来る。こゝでゾノトラ
イト系珪酸カルシウム成形体の接着、積層時には接着剤
の選定が重要な課題となる。すなわち、ゾノトライト系
珪酸カルシウム成形体の特長は加熱による変形量が小さ
いことであるが、使用する接着剤はこの様な性質を低
下、劣化させるものであってはならない。すなわち、接
着剤の耐熱性や寸法安定性は少なくとも素材であるゾノ
トライト系珪酸カルシウムと同等か或はそれ以上でなく
てはならない。

【００１８】この様な観点から、接着剤としては以下に
述べる有機質、または無機質の接着剤が使用出来る。先
ず、有機質の耐熱性接着剤としてはシリコーン系樹脂が
最も適している。このシリコーン系接着剤はオルガノポ
リシロキサンを主成分とする有機シリコーン重合体で、
有機系接着剤の中で最も耐熱性を有する樹脂の１つであ
る。こゝで、耐熱性とは単に化学的に変質しないという
ことだけではなく、加熱による伸び縮みが有る等の寸法
変化を生じず、安定であるということも含まれる。ま
た、弾性接着層を形成するために、本接着剤を用いて接
着、積層した珪酸カルシウム板は積層後の加工性も良好
である。

【００１９】尚、接着層の硬度や加熱による寸法安定性
を更に向上させたい場合、すなわち硬化した接着剤の性
質を基材、すなわち珪酸カルシウムの様な基材により近
付けたい場合には、接着剤の中に無機質フィラーを高充
填する方法が推薦される。無機質フィラーとしては主に
シリカやアルミナ等の微粉体または微粒子が用いられ
る。微粉シリカではシランカップリング剤による表面処
理が可能であり、マトリックスであるシリコーン系樹脂
との相溶性を向上させることが出来る。従って、フィラ
ーの充填量を高めることが出来、硬化した接着剤の性質
はより一層基材、すなわち珪酸カルシウム材料に近似さ
せることが出来る。また、シリカ以外にもアルミナやそ
の他の無機系フィラーを配合することが出来るが、これ
等のフィラーを添加する目的は硬化した接着剤の改質、
具体的には基材の性状に近付けるための改質であるか
ら、成る可く高充填することが好ましい。従って、マト
リックスとの相溶性を向上させる高充填化を計るため
に、フィラーに対しては何等かの表面改質、例えば脂肪
酸等による表面改質やカップリング剤による表面改質を
施すことが重要である。

【００２０】使用する接着剤は以上の様なものである
が、シリコーン系接着剤には一般に１液性のものと２液
性のものとが有り、この発明においてはそのいずれも使
用出来るが、一般に１液性のシリコーン系接着剤は表面
硬化時間が５〜２０分程度と硬化速度が速い。従って、
小さい寸法の積層には向くが、大型品の場合には充分な
作業時間が確保出来ないので好ましくない。大型積層体
を作製する場合には、可使時間の比較的長い２液性のシ
リコーン系接着剤が妥当である。尚、硬化に当たっては
シリコーン接着剤は加熱により急速に硬化する特長があ
るので、次工程との調整のために硬化時間を変えたい場
合等には加熱により硬化時間を制御することが出来る。

【００２１】積層方法は一般の木材接着法と同様で、接
着剤塗布後に圧着することによって薄く均質な接着層が
得られる。圧着用プレス機は通常の木材接着用プレスが
そのまゝ使用でき、珪酸カルシウム板の寸法によって異
なるが、１〜１０kg/cm²の圧力で接着剤が見かけ上硬化
するまで加圧する。加圧時間は接着剤の種類によりまち
まちであるが、完全に硬化しなくても見かけ上で硬化す
れば解圧できる。解圧後に、養生して硬化させるが、加
熱養生により硬化時間が短縮されることは前述の通りで
ある。例えば、８０℃程度の加熱養生では約１日で所定
の接着強度を持つようになる。

【００２２】一方、この様なシリコーン系接着剤の他に
耐熱性の無機系接着剤も効果的である。耐熱性無機質接
着剤としては、例えばポルトランドセメント、マグネシ
アセメント、アルミナセメント、半水石膏、リン酸アル
ミニウム、水ガラスの１種類以上から成る材料が適用出
来る。これらの材料はいずれもシリコーン系接着剤に比
較して耐熱性が高く、３００℃以上の溶湯に対しても安
定である。尚、これらの無機質接着剤は水硬性を利用し
て接着、接合させたり、或は水を介在させて接着、接合
させるものであるから、接着、接合後は乾燥、養生が必
要である。また、シリコーン系接着剤に比較して接着層
に水分を含有するので、乾燥、養生は充分に行うことが
重要である。尚、接着後の積層体の加工性はシリコーン
系接着剤には劣るが、幅広い温度域で使用できる点がこ
れらの無機質系接着剤の特長である。

【００２３】いずれにしても、用途によって有機質、無
機質の接着剤のどちらかを選択することが出来る。

【００２４】

【発明の効果】以上の様に、この発明に依れば、モデル
材料としてゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は所定
形状に機械加工するだけでモデル材料として供すること
が可能であり、従来の天然木材や樹脂、或は石膏等の水
硬性材料によるモデル材料の性能を上回る形状および寸
法安定性が得られ、更に耐熱性に優れたモデル材料が得
られる。

【００２５】また、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形
体をシリコーン系、または無機質系の耐熱性接着剤を選
定して接着することにより、天然の木材では達成困難な
寸法安定性に優れた大型のモデル材料を得ることが出来
るように成る。

【００２６】次に、この発明のモデル材料を用いてモデ
ルを実際に作製した幾つかの例を示す。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体から
成る珪酸カルシウムボードを１０００×７００×５０mm
に切断し、シリコン系接着剤を使って３層に貼り合わせ
した後、ＮＣ機械で加工、仕上げを行ったが、接着部分
での剥離、欠け等は生じず、また接着層での段差のない
加工、仕上げが可能であった。

【００２８】（実施例２）実施例１にて作製したモデル
を、特開昭６３ー２７３５４４号公報に記載される簡易
プレス型のモデルに適応したところ、接着層からのガス
の発生、変形、剥離等が無く全く問題なかった。

【００２９】（実施例３）実施例１と同じ大きさの珪酸
カルシウムボードをポルトランドセメント、マグネシア
セメント、アルミナセメント、半水石膏、リン酸アルミ
ニウム、水ガラスの６種類の接着剤を使って、各々３層
に貼り合わせ積層した。次に、これをＮＣ加工したが接
着層の剥離、欠け等は生じなかった。また、これにＢｉ
−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｂｉ−Ｓｎ−
Ｐｂ等の低融点合金を特開昭６３ー２７３５４４号公報
に記載されるようなシリコンシートを介する簡易プレス
型工法ではなく、モデルに直接鋳込んだが、接着層の剥
離、ガスの発生は問題なかった。

【００３０】（比較例１）実施例１と同様の珪酸カルシ
ウムボードをエポキシ系接着剤を使用して、３層に接着
した。この積層体を加工、仕上げしたところ接着層の部
分に段差が生じた。また、これを特開昭６３ー２７３５
４４号公報に記載される簡易プレス型のモデルに使用し
たところ、注湯合金の熱により更に大きな段差を生じ
た。

【００３１】（比較例２）実施例１と同様の珪酸カルシ
ウムボードをウレタン系接着剤を使用して、３層に接着
した。この積層体を加工、仕上げし、特開昭６３ー２７
３５４４号公報に記載される簡易プレス型のモデルに使
用したところ、注湯合金の熱により接着層部分にて剥離
が発生し、再利用不可能となった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 14:42） Ｚ 2102−4Ｇ (72)発明者 伊藤 安男 千葉県佐倉市大作２−４−２ 小野田セメ ント株式会社建設材料研究所内 (72)発明者 堤 康一 千葉県佐倉市大作２−４−２ 小野田セメ ント株式会社建設材料研究所内 (72)発明者 鬼頭 哲 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 雅人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゾノトライト系珪酸カルシウム水和物６
   ０〜９４重量部、スチレンーブタジエン共重合体５〜３
   ０重量部、ガラス繊維１〜１０重量部の組成からゾノト
   ライト系珪酸カルシウム成形体が成ることを特徴とする
   モデル材料。
2. 【請求項２】 ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を
   耐熱性接着剤により積層して成ることを特徴とする請求
   項１記載のモデル材料。
3. 【請求項３】 耐熱性接着剤がシリコーン系樹脂である
   ことを特徴とする請求項２記載のモデル材料。
4. 【請求項４】 耐熱性接着剤がポルトランドセメント、
   マグネシアセメント、アルミナセメント、半水石膏、リ
   ン酸アルミニウム、水ガラスの１種類以上から成ること
   を特徴とする請求項２記載のモデル材料。