JPH0694201B2 - 軽量板材及びその製造方法 - Google Patents

軽量板材及びその製造方法

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JPH0694201B2
JPH0694201B2 JP2170758A JP17075890A JPH0694201B2 JP H0694201 B2 JPH0694201 B2 JP H0694201B2 JP 2170758 A JP2170758 A JP 2170758A JP 17075890 A JP17075890 A JP 17075890A JP H0694201 B2 JPH0694201 B2 JP H0694201B2
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栄一 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、圧縮強度,曲げ強度,耐火性等に優れ、床
板,天井板等の建築用資材,植物栽培用培地等として使
用される軽量板材及びその製造方法に関する。
[従来の技術] 建築用資材としては、木材やコンクリート等に代えてチ
ップを圧縮成形した合成木材,繊維質原料を結合剤によ
って固化・成形したもの等、各種の素材が使用されるよ
うになってきている。なかでも、コックウール,アスベ
スト,スラグウール等の無機質繊維は、軽量で且つ不燃
性であることから、有望な材料として期待されている。
たとえば、実公昭27−6960号公報,実開昭52−131832号
公報,特開昭57−193664号公報等では、無機質繊維を層
状に組み込んだ畳床が紹介されている。また、特開昭60
−241831号公報では、垂直方向の成分を持たせて無機質
繊維を配向させたシートが紹介されている。
[発明が解決しようとする課題] 無機質繊維は、比較的薄いフェルト状のマットに製造さ
れており、この薄層マットを所定枚数積層することによ
って、目的とする厚みをもつ板体を得ている。このと
き、各繊維はマットの表面と平行な方向に配列されてお
り、その繊維の配向性は得られた板体にも持ち込まれ
る。そのため、板体の表面と直角な方向に力が加わった
場合、板体の厚みが容易に減少する。すなわち、圧縮強
度が十分でなく、踏圧が加わる床板等として使用するた
めには、改良が必要である。この点、繊維の一部を直角
方向に配向させた特開昭60−241831号公報のシートにあ
っても、未だ十分な圧縮強度を備えたものとはいえな
い。
圧縮強度の向上させる手段としては、無機質繊維を比較
的大きな密度で集合させ、多量の結合剤を使用して強固
に固化・成形することが考えられる。しかし、無機質繊
維の密度を大きく取ると、その長所である軽量性が低下
する。また、単位当りの原料使用量が増すため、得られ
た板体のコストも上昇する。しかも、繊維の固化に使用
される結合剤の増量によって、火災時等にあっては結合
剤の燃焼に起因して有害ガスが発生する危険性が増し、
不燃性の無機質繊維の長所が活かされなくなる。
そこで、本発明は、板体を構成する無機質繊維の配向性
を改善することにより、比較的低密度で無機質繊維を固
めた場合にあっても十分な圧縮強度及び曲げ強度をも
ち、比較的少量の結合剤によって無機質繊維を所定の形
状に成形し、強度,軽量性,安全性等に優れた板体を提
供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の軽量板材は、その目的を達成するため、フラッ
トな無機質繊維の元の長さに対して押縮め後の長さが40
〜80%となる押し縮め率でうねらした無機質繊維の薄層
マットを相互に積層した構造をもち、各薄層マットの内
部及び隣接する薄層マットの間で無機質繊維が三次元的
に絡み合い、且つランダム状に配向していることを特徴
とする。
この軽量板材は、無機質繊維の薄層マットを複数層に積
層し、積層された複数の薄層マットを上下方向から圧縮
しながら、元の長さに対して押し縮め後の長さが40〜80
%となる押し縮め率で積層面に平行な方向に沿って押し
縮め、得られた無機質繊維集合体を押し縮め方向に直交
する方向が長手方向となるように切断することにより製
造される。
積層方法としては、たとえば薄層のロックウールマット
をベルトコンベア上で積層するとき、薄層のロックウー
ルマットをベルトコンベアの走行方向と直角に連続的に
折り畳む方法,薄層のロックウールマットをベルトコン
ベアの走行方向に連続的に折り畳む方法,複数の薄層ロ
ックウールマットをベルトコンベアの走行方向に連続的
に積み重ねる方法,製品の出来上り寸法に切断した薄層
のロックウールシートを複数層積み重ねてベルトコンベ
ア上に載せ断続的に走行させる方向等が採用される。
無機質繊維としては、天然のロックウールやアスベスト
等を使用することができる。また、製鉄工場から副産物
として排出されるスラグを繊維状にしたスラグウールを
使用することも出来る。この無機質繊維は、強度や腰の
強さを与える上から平均径が3〜10μmで長さが20〜20
0mm程度の長繊維を使用することが好ましい。
無機質繊維のうねりの程度は、フラットな無機質繊維マ
ットの元の長さに対して、押し縮めた後の長さが40〜80
%の押し縮め率ですることが好ましい。うねりが小さす
ぎると、垂直方向に配向する繊維の量が少なくなり、所
期の圧縮強度向上作用が期待できない。また、うねりの
上限は特に規定するものではない。しかし、押し縮め前
後のシートの長さの比率が40%未満になると、圧縮強度
向上効果が飽和し、また押し縮めの作業自体に多大の力
が要求される。
また、無機質繊維結合用の結合剤としては、エポキシ樹
脂,フェノール樹脂,ウレタン樹脂,メラミン樹脂等の
各種高分子有機接着剤が使用される。なかでも、比較的
耐熱性が良好なこと及び価格的にも安価であることか
ら、フェノール樹脂を主体とした組成物を使用すること
が好ましい。
前述した配向性をもって無機質繊維を配列させた無機質
繊維集合体は、それ単体で製品として使用することがで
きる。或いは、必要に応じ合板,木質層,発泡樹脂層,
防水シート,吸水シート,防虫シート或いはAl,Fe等の
金属板又は箔等を貼り合わせた積層体として使用するこ
とも可能である。更に意匠性を付与する目的で、無機質
及び有機質のクロス,不織布,シート,化粧紙等を貼り
合わせることによって、内壁材,外壁材,床材,断熱材
等に適した機能性を付加することができる。
無機質繊維自体でもある程度の吸湿性をもっているが、
雰囲気の湿度に応じて水分を吸収し吐き出す呼吸作用の
ある合板,木質層等を貼り合わせると、表面感触の優れ
た建築用資材となる。
更に、この無機質繊維集合体は、圧縮強度,曲げ強度等
の強度を改善することができるので、ハンドリング性に
優れた植物栽培用培地としても利用できる。
[作用] 板体を構成する無機質繊維の集合体は、無機質繊維薄層
マットを複数層に積層し、積層された無機質繊維マット
を上下方向から圧縮しながら積層面に平行方向に押し縮
めてなる無機質繊維積層体を押し縮め方向に対して直角
方向が長手方向となるように切断することによって製造
される。そのため、たとえば無機質繊維シートを10層に
積層し、積層面に平行に押し縮めることにより得られた
無機質繊維集合体は、第1図(a)及び(b)に模式的
に示した配向性で無機質繊維が配列されている。なお、
第1図(b)は、同図(a)の点線に沿って、すなわち
押し縮め方向に対し直角方向が長手方向になるように切
断した状態を示す。
すなわち、第1図(a)及び(b)から明らかなよう
に、無機質繊維シートの各層L1〜L10は、押し縮めによ
って多数の波状のうねりをもった形状になっている。そ
して、押し縮め時に厚み方向の圧縮力が加えられるた
め、各層L1〜L10の無機質繊維薄層f1〜f10は、3次元的
にランダムな方向に指向し、各層L1〜L10及び層間でも
相互に絡み合った状態になる。
この状態で無機質繊維薄層f1〜f10が結合剤により固定
されるので、得られる繊維集合体において水平方向,垂
直方向,斜め方向等の三次元的に種々の方向に無機質繊
維薄層f1〜f10が指向する。そのため、厚み方向に加え
られた力に対して十分な耐力が得られ、圧縮強度の向上
が図られる。また、無機質繊維薄層f1〜f10が各層L1〜L
10の間で絡み合っていることから、各層L1〜L10に層間
剥離が生じることもなくなる。
しかも、無機質繊維薄層f1〜f10は、元の無機質繊維マ
ットに由来する多層構造となっていることから、繊維集
合体の表面に加えられた力P00は、最上層L10でP11〜P13
に分散されて、下層L2,L1に行くに従って更に細かく分
散される。すなわち、繊維集合体表面の一点に加えられ
た力P00は、下層に行くに従ってより広い面積で受け止
められるため、最下層L1では単位面積当りに加わる力は
僅かなものとなる。このことからしても、無機質繊維集
合体全体としての圧縮強度や曲げ強度が優れたものとな
る。
また、層L1〜L10を構成する各マットに無機質繊維の分
布密度に多少のバラツキがあっても、複数の無機質繊維
の薄層マットを重ね合わせることにより、バラツキは緩
和される。その結果、得られた無機質繊維集合体は、性
質が部分的に変動することがない安定した品質を持つも
のとなる。
このようにして、圧縮強度や曲げ強度等の性質改善が図
られるため、比較的少量の無機質繊維で板体を作製する
ことができる。たとえば、10%圧縮するのに要する加重
で比較すると、従来の単純に無機質繊維を成形して得た
150kg/m3の板体と同程度の強度を発現させるために、第
1図に示したような配向性をもって無機質繊維を配列さ
せると、90〜100kg/m3程度の無機質繊維の使用によって
達成される。また、長手方向の曲げ強度に対しても同程
度の効果が発現するため、同等のハンドリング性が確保
される。したがって、板体に使用される無機質繊維の量
を節減できることは勿論、強度,軽量性,断熱性,吸音
性等に優れた不燃性の板体が得られる。
[実施例] 高炉スラグから製造されたスラグウールを、面密度250g
/m2の薄層マットに成形した。このスラグウールマット
にフェノール樹脂を含浸させた後、連続的にコンベア上
に送りながら、コンベアの移送方向に対して直角な方向
に30層(厚み100mm)に折り畳んだ。
この積層体を上下方向から加圧しながら、前段と後段の
上下2組のコンベアを使用し、コンベアの走行速度比を
後段側ほど遅くすることにより、先行する繊維が後続す
る繊維によってコンベア走行方向に種々の圧縮比で圧縮
させて押し縮め、厚み50mmの繊維集合体とした。このと
き、厚み方向に繊維が膨らむことを、繊維集合体の上下
表面から力を加えることによって防止した。
次いで、繊維集合体を250℃の雰囲気に5分間保持し、
フェノール樹脂の接着性を発現させ、繊維集合体を成形
した。
得られた繊維集合体は、第1図に模式的に示すように3
次元的にランダム方向にロックウールが配列した状態と
なっていた。その嵩比重は、150kg/m3であり、発泡スチ
ロール製の板体に比較し遜色がない軽量性をもつもので
あった。
この繊維集合体に対し、次の強度試験をした。
繊維集合体から50mm×50mm×50mmの直方体を試験片とし
て切り出し、表面に垂直な方向に沿って厚みが25mmとな
るまで荷重を加えた。第2図は、このときの厚み減少と
荷重の関係を表したグラフである。
なお、第2図における数値1.5,2.0及び3.0は、コンベア
の前段と後段の速度比、すなわち圧縮比を表す。また、
第2図には、同じ厚みで同じ嵩比重を有する単層のロッ
クウールシートを押し縮めることなく同じ厚さに成形し
たものを比較例1、30層のロークウールシートを押し縮
めることなく同じ厚さに成形したものを比較例2として
併せ示している。
第2図から明らかなように、本実施例の繊維集合体は、
従来の繊維質板体に比較して格段に優れた圧縮強度をも
っていることが判る。
また、押し縮め方向である繊維のうねり方向に対して直
角方向を長手方向とする75mm×50mm×300mmの直方体を
試験片として繊維集合体から切り出して、曲げ試験を行
った。このとき、試験片の長手方向両端から50mmの箇所
を支点として支持し、スパン200mmの中央部に所定の力
を加え、それにより試験片が伸びた長さを測定した。第
3図は、このようにして得られた加圧力と伸びとの関係
を表したグラフである。
第3図から明らかなように、本実施例の繊維集合体は、
曲げ強度が非常に優れていることが判かる。たとえば、
8mmの変位を与えるためには、本実施例の繊維集合体で
は、8〜13kgfの荷重を加えることが必要であった。こ
れに対して、比較例1では4kgf、比較例2では7kgf程度
の荷重で同じ変位が与えられている。
他方、繊維のうねり方向に沿って切り出したサイズ75mm
×50mm×300mmの試験片に付いて、同様に曲げ試験を行
った。第4図は、このようにして得られた荷重と変位と
の関係を表したグラフである。第4図に見られるよう
に、変位が大きな領域で比較的小さな荷重によって変形
するものの、本実施例の板体は、変位が小さな領域で比
較例1及び2の板体と比較して遜色のない曲げ強度を呈
している。
すなわち、うねり方向(第1図で左右方向)の曲げ強度
は、変位が大きな領域では低下する。しかし、うねりと
直角な方向に延長した板材の曲げ強度は、変位の領域に
関係なく、大幅に改善されている。しかも、圧縮強度の
優れた板体が得られている。このように、本実施例の板
体は、曲がり難く、運搬,取扱い等が容易なものとな
る。
[発明の効果] 以上に説明したように、本発明の板体は、複数の無機質
繊維層が多数の波状のうねりをもって積み重ねられ、無
機質繊維が種々の方向にランダムに配向して配列されて
いる。この特有な繊維の配向状態から、比較的低密度で
無機質繊維を成形した場合にあっても、十分な強度をも
つ板体が得られる。しかも、低密度のため、原料として
の無機質繊維の使用量を低減して原料コストを下げるこ
とができることは勿論、軽量性,断熱性,吸音性等が優
れたものとなる。このようにして、本発明によるとき、
建築用資材,植物栽培用培地等として要求される軽量,
不燃性,ハンドリング性等の性質を備えた板体が、たと
えば入手容易なロックウール等から安価に製造される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は本発明の板体を構成する繊維
集合体の繊維分布を模式的に示し、第2〜4図は本発明
の効果を具体的に表したグラフである。 L1〜L3:無機質繊維シートの層 f1〜f3:無機質繊維 P00:踏圧 P11,P12……P2n:各層に分散した踏圧

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フラットな無機質繊維の元の長さに対して
    押縮め後の長さが40〜80%となる押し縮め率でうねらし
    た無機質繊維の薄層マットを相互に積層した構造をも
    ち、各薄層マットの内部及び隣接する薄層マットの間で
    無機質繊維が三次元的に絡み合い、且つランダム状に配
    向していることを特徴とする軽量板材。
  2. 【請求項2】無機質繊維の薄層マットを複数層に積層
    し、積層された複数の薄層マットを上下方向から圧縮し
    ながら、元の長さに対して押し縮め後の長さが40〜80%
    となる押し縮め率で積層面に平行な方向に沿って押し縮
    め、得られた無機質繊維集合体を押し縮め方向に直交す
    る方向が長手方向となるように切断することを特徴とす
    る軽量板材の製造方法。
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