(57)【要約】【課題】水に浮きにくく、錆の発生を防止できる繊維強化複合材料の提供。【解決手段】硬質ウレタン樹脂組成物の硬化物を含むマトリックスと、比重が２〜３のガラス長繊維とからなり、繊維体積含有率が１５〜３５体積％、比重が１〜２である、繊維強化複合材料。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質ウレタン樹脂組成物の硬化物を含むマトリックスと、比重が２〜３のガラス長繊維とからなり、繊維体積含有率が１５〜３５体積％、比重が１〜２である、繊維強化複合材料。
【請求項２】
前記マトリックスが発泡体である、請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項３】
空隙率が０〜５０％である、請求項２に記載の繊維強化複合材料。
【請求項４】
水中に設置される建築資材用である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料。
【請求項５】
角落し用である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料。
【請求項６】
請求項１に記載の繊維強化複合材料を製造する方法であって、
一方向に引きそろえたガラス長繊維に、硬質ウレタン樹脂組成物を含むマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を、加熱して、前記硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させる硬化工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
【請求項７】
請求項２に記載の繊維強化複合材料を製造する方法であって、
一方向に引きそろえたガラス長繊維に、硬質ウレタン樹脂組成物及び発泡剤を含むマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を、加熱して、前記硬質ウレタン樹脂組成物中で発泡させるとともに前記硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させる硬化工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記繊維強化複合材料の発泡倍率が２以下である、請求項７に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化複合材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料として、従来より、ウレタン樹脂液を長繊維に含浸させて、発泡させるとともに硬化させた長繊維強化ウレタン樹脂発泡体が知られている（特許文献１）。
非特許文献１には、硬質ウレタン樹脂発泡体をガラス長繊維で強化し、木材と同程度の比重および強度を実現した繊維強化複合材料が開示されている。この複合材料は吸水しにくいため、水中に設置される木製の建築資材の代替品として好適であり、例えば角落しに用いられる。
【０００３】
角落しは、水路の堰き止めに用いられる板状の部材であり、次の２種類に大別される。（１）水路に水が無い状態で設置される角落し。（２）水路に水が満たされている状態で設置される角落し。（１）としては、比重０．５または０．７４の合成木材からなる角落しが上市されている。（２）は水に浮きにくいことが要求されるため、比重０．７４の合成木材の外面にステンレス製の比重調整板を一体的に取り付けて総比重を１．００に調整した角落しが上市されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５８−２５０９５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「エスロン（登録商標）ネオランバーＦＦＵ（登録商標）  水処理施設カタログ」、積水化学工業株式会社  上下水道事業部発行、２０１５年２月、改訂９版、第３頁、第１１〜１３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記（２）の角落しは、ステンレス製の比重調整板が露出しているため、錆が発生する可能性がある。
本発明は、水に浮きにくく、錆の発生を防止できる繊維強化複合材料の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下の態様を有する。
［１］  硬質ウレタン樹脂組成物の硬化物を含むマトリックスと、比重が２〜３のガラス長繊維とからなり、繊維体積含有率が１５〜３５体積％、比重が１〜２である、繊維強化複合材料。
［２］  前記マトリックスが発泡体である、［１］の繊維強化複合材料。
［３］  空隙率が０〜５０％である、［２］の繊維強化複合材料。
［４］  水中に設置される建築資材用である、［１］〜［３］のいずれかの繊維強化複合材料。
［５］  角落し用である、［１］〜［３］のいずれかの繊維強化複合材料。
［６］  ［１］の繊維強化複合材料を製造する方法であって、一方向に引きそろえたガラス長繊維に、硬質ウレタン樹脂組成物を含むマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を、加熱して、前記硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させる硬化工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
［７］  ［２］の繊維強化複合材料を製造する方法であって、一方向に引きそろえたガラス長繊維に、硬質ウレタン樹脂組成物及び発泡剤を含むマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を、加熱して、前記硬質ウレタン樹脂組成物中で発泡させるとともに前記硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させる硬化工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
［８］  前記繊維強化複合材料の発泡倍率が２以下である、［７］の繊維強化複合材料の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水に浮きにくく、錆の発生を防止できる繊維強化複合材料が得られる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜繊維強化複合材料＞
本実施形態の繊維強化複合材料は、ガラス長繊維とマトリックスとからなる複合材料である。
マトリックスは、繊維強化複合材料を構成するガラス長繊維以外の部分である。マトリックスは、硬質ウレタン樹脂組成物の硬化物を含む。マトリックスは硬質ウレタン樹脂組成物の硬化物と、発泡剤に由来する空隙とからなる発泡体が好ましい。マトリックスが、空隙を含まず、硬質ウレタン樹脂組成物の硬化物のみからなっていてもよい。
【００１０】
ガラス長繊維は、特に限定されず、繊維強化複合材料の分野で公知のガラス長繊維を使用できる。例えばガラスロービングが好適である。
ガラス長繊維の比重は２〜３が好ましく、２．５〜２．７がより好ましい。ガラス長繊維の比重の測定方法は後述する。
【００１１】
硬質ウレタン樹脂組成物は、特に限定されず、繊維強化複合材料の分野で公知の硬質ウレタン樹脂組成物を使用できる。
硬質ウレタン樹脂組成物は、ポリオール、触媒、ポリイソシアネート、整泡剤を少なくとも含む。その他の添加剤を含んでもよい。
硬質ウレタン樹脂組成物の比重は１．０〜１．３が好ましく、１．１５〜１．２がより好ましい。
【００１２】
発泡剤は、特に限定されず、繊維強化複合材料の分野で公知のものを使用できる。
例えば水を用いることができる。
【００１３】
繊維強化複合材料の比重は１以上であり、１．１以上が好ましい。繊維強化複合材料の比重が大きいほど水に沈みやすい。
マトリックスが空隙を含まないときに、繊維強化複合材料の比重は最大となる。したがって、繊維強化複合材料の比重の上限値は材料の比重によるが、現実的には、２以下が好ましく、１．６以下がより好ましい。繊維強化複合材料の比重の測定方法は後述する。
【００１４】
繊維強化複合材料の繊維体積含有率は１５〜３５体積％であり、２０〜３０体積％が好ましい。
繊維強化複合材料の繊維体積含有率が上記範囲内であると、空隙率が低く、比重が高く、曲げ強度および曲げ弾性率に優れた繊維強化複合材料が得られやすい。繊維強化複合材料の繊維体積含有率の測定方法は後述する。
【００１５】
繊維強化複合材料の空隙率は０〜４０％が好ましく、０〜３０％がより好ましい。
繊維強化複合材料の空隙率が小さいほど水に沈みやすい。
繊維強化複合材料の空隙率の測定方法は後述する。
【００１６】
本実施形態の繊維強化複合材料は、比重が１〜２、好ましくは１．１〜１．６であり水に浮きにくいため、水中に設置される建築資材用の材料として好適である。
水中に設置される建築資材としては、水路に水が満たされている状態で設置される角落し等が挙げられる。
本実施形態の繊維強化複合材料は、水路に水が無い状態で設置される角落し用の材料としても使用できる。
本実施形態の繊維強化複合材料を用いた建築資材は、所望の形状に成形された繊維強化複合材料そのものであってもよく、さらに表面材、塗膜、把手等の任意の付属部材を設けたものでもよい。
【００１７】
＜繊維強化複合材料の製造方法＞
本実施形態の繊維強化複合材料は、一方向に引きそろえたガラス長繊維に、硬質ウレタン樹脂組成物を含むマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を、加熱して硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させる硬化工程を有する方法で製造できる。
マトリックスが発泡体である繊維強化複合材料は、マトリックス組成物に、硬質ウレタン樹脂組成物と発泡剤を含有させ、前記硬化工程において、硬質ウレタン樹脂組成物中で発泡させるとともに硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させる方法で製造できる。
【００１８】
マトリックス組成物は、硬質ウレタン樹脂組成物の原料と、必要に応じて発泡剤を混合して調製できる。
ガラス長繊維にマトリックス組成物を含浸させる方法は、公知の方法で実施できる。例えば、ガラス長繊維にマトリックス組成物をふりかけ、２枚の板の間で揉んで含浸させる方法を用いることができる。
硬化工程は公知の方法で実施できる。例えば、加熱手段を備えた成形用通路に、ガラス長繊維にマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を連続的に導入し、成形用通路内で加熱して硬化させる方法が好ましい。成形用通路において、加熱手段の後段に冷却手段を設けてもよい。成形用通路は筒状であり、成形用通路内の空間は、得ようとする繊維強化複合材料の断面形状に対応する形状の内面で囲まれている。成形用通路内に導入された未硬化物は、成形用通路の内面に沿う形状に賦形され、硬化物となって成形用通路の出口から連続的に排出される。得られた硬化物を所定の長さに切断して、繊維強化複合材料を得る。
【００１９】
未硬化物に配合するガラス長繊維の量は、得ようとする繊維強化複合材料の繊維体積含有率が前記範囲となるように設計する。繊維強化複合材料の体積は、前記成形用通路の内面の形状と、前記硬化物を切断する長さによって決まる。
【００２０】
未硬化物において、マトリックス組成物／ガラス長繊維の体積比は６０／４０〜８０／２０が好ましく、６５／３５〜７５／２５がより好ましい。マトリックス組成物の体積の比率が上記範囲の下限値以上であるとガラス繊維への樹脂の含浸性が良好となやすく、上限値以下であると繊維強化複合材料の繊維体積含有率を高めやすい。
【００２１】
発泡剤の使用量は、少なすぎるとガラス繊維への樹脂の含浸性が不充分となりやすく、多すぎると空隙率が高くなり維強化複合材料の高比重化が不充分となる。発泡剤の含有量は、かかる不都合が生じない範囲に設定するのが好ましい。例えば、マトリックス組成物の総質量に対して、発泡剤の含有量は０．１〜０．５質量％が好ましく、０．１〜０．３質量％がより好ましい。
【００２２】
繊維強化複合材料の発泡倍率は、２以下が好ましく、１．８以下がより好ましく、１．５９以下がさらに好ましい。発泡倍率の下限は１である。上記範囲の上限値以下であると、比重が１以上である繊維強化複合材料が得られやすい。
発泡倍率は未硬化物の組成によって調整できる。例えば、未硬化物中の発泡剤の含有量が少ないほど発泡倍率は低くなる。また発泡剤の含有量が同じであっても、繊維強化複合材料の単位体積当たりの、未硬化物の使用量（マトリックス組成物とガラス長繊維の合計量）を多くすれば、発泡剤に由来する空隙（気泡）が圧縮されて発泡倍率は低くなる。
発泡倍率の測定方法は後述する。
【００２３】
本実施形態によれば、後述する実施例に示すように、繊維強化複合材料中のガラス長繊維及び硬質ウレタン樹脂組成物を増量し、発泡倍率を抑えることによって、繊維強化複合材料を高比重化できる。本実施形態の繊維強化複合材料を、水中に設置される建築資材に適用すれば、ステンレス製の比重調整板を取り付けなくても、総比重１．００以上を達成できるため、水に浮きにくく、錆の発生を防止できる。
【００２４】
また、繊維強化複合材料中のガラス長繊維を増量することで、繊維強化複合材料が高比重化するとともに、曲げ強度及び曲げ弾性率も向上する。水中に設置される建築資材の厚さは、耐水圧のために要求される曲げ応力及びたわみ率を満たすように設計するが、曲げ強度及び曲げ弾性率が向上すれば薄肉化を図ることができる。
【００２５】
また、繊維強化複合材料の発泡倍率を抑えることで、繊維強化複合材料が高比重化するとともに、繊維強化複合材料の表面の巣穴を抑制できる。前記巣穴は、発泡によって生じた気体が表面から外部へ抜ける際に形成される穴を意味する。水中に設置される建築資材においては、表面に巣穴があると、泥、汚れ、水中生物(コケなど）等が付着しやすいため、目止めをして巣穴を埋める作業が必要となる。本実施形態によれば、後述する実施例に示されるように、繊維強化複合材料の巣穴が抑制されるため、目止め作業が軽減される、または不要となる。外観も向上する。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
＜測定方法・評価方法＞
繊維強化複合材料の物性は以下の方法で測定した。
［発泡倍率］
測定対象の繊維強化複合材料の比重をｘ、非発泡の繊維強化複合材料の比重をｙとし、発泡倍率＝ｙ／ｘで求めた。
非発泡の繊維強化複合材料は、発泡剤を含まない以外は、測定対象の繊維強化複合材料と同じ条件で製造した繊維強化複合材料である。非発泡の繊維強化複合材料の比重は、測定対象の繊維強化複合材料を溶融したものからも測定できる。
【００２７】
［空隙率］  繊維強化複合材料の空隙率は、下記の計算式により算出した。
空隙率（単位：％）＝｛（発泡後の繊維強化複合材料の体積−発泡前の繊維強化複合材料の体積）／繊維強化複合材料の体積｝×１００
［繊維体積含有率］  繊維強化複合材料の繊維体積含有率は下記の計算式により算出した。
繊維体積含有率（単位：体積％）＝（単位体積あたりの繊維体積／単位体積あたりの繊維強化複合材料の体積）×１００
［比重］  繊維強化複合材料の比重はＪＩＳ  Ｚ  ２１０１（２００９年）に準じて測定した。
［曲げ強度］  繊維強化複合材料の曲げ強度はＪＩＳ  Ｚ  ２１０１（２００９年）に準じて測定した。
［曲げ弾性率］  繊維強化複合材料の曲げ弾性率はＪＩＳ  Ｋ  ７０１７（１９９９年）に準じて測定した。
【００２８】
［外観（巣穴）の評価］
繊維強化複合材料の外観は以下の方法で評価した。
繊維強化複合材料の表面を目視で観察し、任意の領域（縦、横いずれも１０ｃｍの領域）に存在する孔の数を計測し、以下の基準で評価した。
×：直径５ｍｍ以上の孔が５個以上存在する。
△：直径５ｍｍ以上の孔が１個以上５個未満存在する。
〇：直径５ｍｍ以上の孔は存在しない。直径５ｍｍ未満の孔が１個以上存在する。
◎：直径５ｍｍ以上の孔、直径５ｍｍ未満の孔のいずれも存在しない。
【００２９】
＜マトリックス組成物の原料＞
ポリオール（比重１．１００）、触媒（比重１．０５０）、整泡剤（比重１．０５２）、ポリイソシアネート（比重１．２３０）、発泡剤（水、比重１．０００）。
＜ガラス長繊維＞
ガラスロービング（比重２．６００）。
【００３０】
＜角落し（繊維強化複合材料）の製造方法＞
所定量のガラス長繊維に、所定量のマトリックス組成物を含浸させた未硬化物を、加熱および冷却して角落しを製造した。角落しの、繊維の長さ方向に垂直な断面形状は幅が２４０ｍｍの矩形とし、厚みは３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍの３通りとした。
具体的には、一方向に引きそろえたガラス長繊維にマトリックス組成物をふりかけ、２枚の板の間で揉んで含浸させて未硬化物を得た。未硬化物を成形用通路に連続的に導入し、成形用通路内で加熱して、マトリックス組成物中の発泡剤を発泡させるともに硬質ウレタン樹脂組成物を硬化させた。その後冷却して長尺の硬化物を得た。成形用通路の内面形状は、目的の角落しの断面形状に対応させた。成形用通路の出口から排出される長尺の硬化物を、所定の長さに切断して角落しを得た。
【００３１】
（実施例１〜６、比較例１）
表１に示す原料を混合してマトリックス組成物を得た。
表２に示す条件で未硬化物を作製し、上記の方法で角落しを製造した。
製造した角落しのうち、断面形状が４０ｍｍ×２４０ｍｍである角落しについて、表２に示す項目を上記の方法で測定又は評価した。結果を表２に示す（以下、同様）。
【００３２】
【表１】
2020050802.tif 000002
【００３３】
【表２】
2020050802.tif 000003
【００３４】
表２の結果に示されるように、実施例１〜６の角落しは、従来品に相当する比較例１よりも発泡倍率が低く、空隙率が低く、繊維体積含有率が高く、比重が高い。
実施例１〜６の角落しは、ステンレス製の比重調整板を取り付けなくても、総比重１．００以上を達成できるため、水に浮きにくく、錆の発生を防止できる。
また、実施例１〜６の角落しは、比較例１に比べて曲げ強度、曲げ弾性率、及び外観（巣穴抑制）が向上した。