JPS5938895B2 - 板状複合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は曲げ応力、捩れ応力に優れ、軽量にして機械的
特性の優れた板状複合材に関するものであり、とくに木
質系積層材と、繊維状物及び硬化性樹脂材とよりなる繊
維複合材とを積層した板状複合体に関するものである。

近年、住宅構造材、船舶や航空構造材、或いは医療用部
材として有用な軽量にして、かつ機械的特性の優れた板
状複合体の開発が進められている。

最も普及している複合体としては木質系薄板を貼り合せ
た通称ベニヤ合板があるが、木質系薄板の接着剤の性能
的進歩の進んだ今日においても、その耐水性、耐久性が
充分なものとはいえず、また、その寸法安全性、機械的
強度がいま一歩不足するため、曲げや捩れの強い外力が
加わり易い上記用途分野で使用する際には不十分な素材
であるとされ、更に高度の性能を有する複合材の開発が
切望されている。このような要望を満たすため繊維状物
と架橋硬化性樹脂とを組合せた複合材を板状体に成形し
た素材の開発が進められているが、この板状複合体はそ
の重量が重くなりその取扱いが不便であること、複合材
の原料コストが高く、手軽に利用できる安価な複合材の
開発が難しいばかりでなく、比較的薄い板状複合材とす
ると、外力が加わることによつて容易に曲がりが生じそ
の使用を困難にするなどの不便が生じていた。そこで本
発明者等は上述した状況に鑑み、曲げ応力、捩れ応力や
機械的特性に優れ、軽量、安価・ にして耐水性等の優
れた板状複合体を開発するべく検討中のところ木質系積
層材と繊維複合材とを組合せることによつてその目的を
達成しうる板状複合体が得られることを見出し本発明を
完成した。

本発明の要旨とするところは、木質系積層材の・ 少く
とも片面に繊維と硬化性樹脂材料とよりなる繊維複合材
を積層せしめた板状複合体であり、かつ木質系積層材が
その表面より内部に向つた厚さ方向の少なくとも１５％
の領域の木質系積層材の木目が板状複合体の長手方向に
あるもののみよりなつて卦り、残りの内部木質積層材の
木目が主として板状複合体の直角方向にあるものよりな
つている木質系積層材であることを特徴とする板状複合
体にある。本発明を実施するに際して用いる木質系積層
材は種々のものを用いることができるが、本発明の板状
複合体の曲げ応力、捩れ応力等をとくに優れたものとす
るため、木質系積層材の外側より内部へ向つて少なくと
も１５％の厚さの領域の木目が本発明の板状複合体の長
手方向に平行なものであることが必要である。

従来、開発されてきた強化複合体は通称ベニヤ合板の両
面に繊維強化複合材を接合したものであるが、この複合
材は未だ、その曲げ応力、捩れ応力が充分なものとはい
えず、医療用途など剪断外力が加わり易い部材として利
用する際には、内部破壊が起る。

これは強化複合材の内部材となつているベニヤ合板の構
成が木質積層材の木目が互に直交する方向に交互に積層
しただけのものであることに大きな原因がある。従来開
発されてきた複合板状体の強度をコストの大巾な増大を
招くことなくその機械的強度を向上せしめるにはベニヤ
合板の厚さを過大に大きくする方法が取り得るが、期待
した程の効果が得られないばかりでなく強化複合体の板
厚が極めて大きくなりその取扱いが不便となるので好ま
しい方策ではない。一方ベニヤ合板の板厚はそのま＼に
して卦き接合する繊維強化複合材の厚さを厚くする方法
を取る場合には、まず得られる強化複合体のコストが著
るしく増大すると共にその重量も重くなり、その取扱い
が不便となる。これに対し本発明の強化複合体はその木
質積層材の構造として、その外側より板厚の少なくとも
１５％以内の領域の木質層の木目を板状複合体の長手方
向とすることによつて初めて従来の板状複合体の欠点を
改良することに成功したのである。

本発明の板状複合体は更に木質積層材の厚さの５％以上
に相当する中心部の木質層の木目が本発明の板状複合体
の長手方向に対し直角な方向となつているものを主体と
することによつてその強度は向上せられ、とくに本発明
の板状複合体の長尺端部に作用する外力が加えられた際
に発生する内部応力に対する抵抗性を高めることができ
る。本発明の板状複合体は上述した如き特定構造を有す
る木質積層材の少なくとも片面に繊維強化複合材層を設
けるのであるが、本発明を実施するに際して用いる繊維
としては本発明が軽量である板状複合材を得ることを目
的としていることよ１り、その密度は３９／ｄ以下であ
ることが好ましく、このような繊維の具体例としてはア
ルミニウム繊維、ホウ素繊維などの金属繊維、ガラス繊
維や炭素繊維、黒鉛繊維或いはポリプロピレ７繊維、ポ
リエステル繊維、ポリアミド繊維、綿などをその具体例
として挙げることができ、その形態も短繊維、ウイスカ
一やフイラメント状の長繊維や編物、織物状物としても
用いることができるが、本発明の板状複合体に優れた捩
れ応力や、曲げ応力を要求する際には繊維方向を一定方
向にひき揃え易い長繊維状物なかでも炭素繊維を用いる
ことが好ましい。また繊維複合材を構成する樹脂成分と
しては熱硬化性又は熱可塑性の種々の樹脂を用いること
ができるが、本発明の目的を効率よく達成するためには
架橋硬化型のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
フエノール樹脂、不飽和エポキシ樹脂などの熱硬化型又
は放射線又は光線の照射により架橋硬化しうる樹脂を用
いるのがよい。

本発明の板状複合体を作るには予め本発明で特定した構
造を有する木質積層材を作成し、続いてこの木質積層材
の少なくとも片面に繊維複合材を着接剤を介して貼り付
ける方法、或いは木質材料を本発明で特定した構造に接
着剤を界して接着し、この木質材の少なくとも片面に繊
維複合材を接着剤を介して貼り、このものを加圧、加熱
処理して一体化した板状複合体を作る方法、更には、本
発明で特定した構造を有する木質積層材に繊維材料に硬
化性樹脂を含浸し未硬化状態又は半硬化状態としたいわ
ゆるプリプレグシートを接着し加熱圧着するか、圧着と
共に電子線等の硬化エネルギーを与えて一体化せしめる
方法などを用いることができる。

な卦繊維複合材にあ一いて補強用繊維はその配列方向が
複合材の長手方向に平行か又は、この軸に関し対称．と
なるように配して用いうるが、できるだけ外力の方向に
平行に配列していることが好ましくたとえば該繊維が一
方向に配向して得られるプリプレグシートを用いた場合
その効果が効率よく発揮される。

繊維複合材を構成する樹脂は密度が小さい樹脂であるこ
とが好ましいがとくに限定する必要はなく、熱硬化性樹
脂が取扱い易いので望ましく、とくにエポキシ樹脂不飽
和ポリエステル樹脂、フエノール樹脂が有用である。ま
た本発明の板状複合体はその構造上厚さ方向に垂直な平
面における各層の存在形態は対称中心面を介して面対称
であることが望ましい。

該板状複合体は平板、わん曲板、円筒等任意の形状とす
ることができる。本発明の板状複合体は上述した如き特
定構造となつているため、板状体の長尺端部に外力が加
えられた場合にその内部に発生する内部応力を極めて効
率よく抑制することができ、機械的強度の優れた軽量に
して、安価な板状複合体であるため、その利用価値は極
めて広いものである。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。

比較例板厚２ｍｍの板材の木目を互に直交するように７
枚の板材を交互に重ね合せた合板をコア材とし、熱硬化
性樹脂としたエポキシ樹脂を含浸せしめた繊維方向が一
方向に引きそろえられた炭素繊維プリプレグシートから
作られた厚さ０．８ｖＩｔの炭素繊維強化板をエポキシ
系接着剤で接合し第１図に示す如き強化複合体とした。

第１図中１はエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維複合板を
、２は強化複合体の長手方向と略平行な木目を有する木
質系積層材層、３は強化複合体の長手方向に対し略直角
な方向に木目を有する木質系積層材層を示し、この強化
複合体の木質積層材の表面より１５％弱の部位には強化
複合体の長手方向に直角な方向に木目を有する木質系積
層材層が積層されている。

この板状複合体をその長手方向に長さ６０ｃ１ｎ、巾方
向に２０（ＸｆＬになるように板を切り出した。

金属片で挟持し、該片の中央に回転支軸をとりつけて、
軸受に支承せしめた。他の一端を同様に金属片で挟持し
、該金属片の中央に固定した回転支軸を通し駆動できる
ようにした、板の中心部に５０ｋ９の荷重をかけこの板
の中心軸まわりに定トルクモータにより４００ｋｇ・儂
のモーメントを加えようとしたところ、この板状複合体
は変形して駆動させることができなかつた。そこでモー
タのトルクを増して板状複合体に５００ｋｇ・αのトル
クを与えたところ回転すると共に内部破壊音を発した。
実施例板厚２關の板材７枚を用意し、１枚をその木目が
作成しようとする強化複合材の長手方向に対し直角方向
となるように配し、この板の両側に夫々上記板材の木目
が強化複合材の長手方向になるように配し接着剤にて接
着した。

この木質積層材は外側から約８５％までの範囲の木目が
強化複合材の長手方向と平行になつて卦り、その板厚方
向のうち約１５％の厚さの中心部の木目が複合材の長手
方向に対し直角になるように配されている。この木質系
積層材の両面に比較例１で用いたプリプレグシートを炭
素繊維の繊維方向が強化複合材の長手方向になるように
接着し硬化せしめ第２図に示した如き構造の強化複合材
を作成した。第２図中１は繊維強化複合材より作られた
強化層を、３は木質積層材層の中心部で、その木目が強
化複合材の長手方向に対し直角な方向に向いた層で、２
は木質積層材層の外側層でその木目が複合体の長手方向
に平行なものである。上記の如くして作成した強化複合
体より比較例に示したようにして試験片を切出し、同様
の方法でその機械的強度を測定したところ、４００ｋ９
・αのトルクを加えても滑らかに回転した。

更に、このトルクを８００ｋｇ・礪に増しても何等の破
壊が起ることなく極めて滑らかに回転した。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較例の強化複合体の斜視図を、第２図に本発
明よりなる強化複合体の斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 木質系積層材の少なくとも片面に繊維と硬化性樹脂
   材料とよりなる繊維複合材を積層せしめた板状複合体で
   あり、かつ木質系積層材がその表面より内部に向つた厚
   さ方向の少なくとも１５％の領域の木質系積層材の木目
   が板状複合体の長手方向にあるもののみよりなつており
   、残りの内部木質系積層材の木目が主として板状複合体
   の直角方向にあるものよりなつている木質系積層材であ
   ることを特徴とする板状複合体。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の板状複合体において、
   繊維複合材の繊維軸が、板状複合体の長手方向に略平行
   となつているか又は板状複合体の長手方向の軸に関し対
   称となつている繊維複合材であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の板状複合体。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の板状複合体
   において木質積層材の厚さの５％以上にあたる内部中心
   層の木目が板状複合体の長手方向に直角方向である木質
   積層材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の板状複合体。