(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材からなる芯部材の周りに木質部材が被覆されてなる複合部材の製造方法にあって、レゾルシノール樹脂接着剤で木質片同士を接着結合することにより木質部材を形成し、芯部材の表面に塗膜の膜厚を０.１mm〜０.５mmの範囲にするエポキシ樹脂系接着剤のプライマー処理をなした後、該芯部材周りに被覆する前記木質部材の被覆厚が少なくとも６ｃｍ以上設けられるようにして、該芯部材と該木質部材とをレゾルシノール樹脂接着剤で接着結合することを特徴とする複合部材の製造方法。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂系接着剤にブロック型ポリイソシアネート及び可塑剤が添加されている請求項１記載の複合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築用構造材等として好適な複合部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築用構造材には従来から鋼材や木材が主に使用されてきた。鋼材は品質精度が高く強度が安定しているという利点があり、一方、木材は入手しやすく加工性も良いという利点を有している。こうしたことから、鋼材周りを木材で覆って両者の利点を生かした複合部材が提案される場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋼材と非金属材料の木材との結合は容易でなく、これまでいろんな結合方法が提案されてきた（特開平５−１８５４０４号，特開平９−５７９０２号，特開２００１−１３２１６２等）。
また、鋼材は常温では優れた機械的強度を有するが、高温になると急激に機械的強度を低下させる欠点がある。この欠点を改善する対策として例えば特開２００１−３４７６２６等の公報技術が提案されている。しかし、従来、鋼材周りを木材で覆った複合部材に関しては十分な対策を講じたものがみられなかった。
さらに、複合部材については廃棄時の解体分別をも検討しておくことが環境保全から大切であるが、こうした点にまで言及したものは少なかった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するもので、鋼材からなる芯部材と木質部材との結合を強固なものにし、さらに高温に晒されても両者の一体化を保持して鋼材の強度低下を防止し、加えて廃棄時の解体分別をも容易にした複合部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、鋼材からなる芯部材の周りに木質部材が被覆されてなる複合部材の製造方法にあって、レゾルシノール樹脂接着剤で木質片同士を接着結合することにより木質部材を形成し、芯部材の表面に塗膜の膜厚を０.１mm〜０.５mmの範囲にするエポキシ樹脂系接着剤のプライマー処理をなした後、該芯部材周りに被覆する前記木質部材の被覆厚が少なくとも６ｃｍ以上設けられるようにして、該芯部材と該木質部材とをレゾルシノール樹脂接着剤で接着結合することを特徴とする複合部材の製造方法にある。
請求項２の発明たる複合部材の製造方法は、請求項１で、エポキシ樹脂系接着剤はブロック型ポリイソシアネート及び可塑剤が添加されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明のごとく、鋼材からなる芯部材と木質部材とが芯部材にプライマーとして塗布されたエポキシ樹脂系接着剤を介してレゾルシノール樹脂接着剤で接着結合されると、レゾルシノール樹脂接着剤が金属との接合に難点があるのを、金属との接着に適するエポキシ樹脂系接着剤がプライマーとして塗布されることによって芯部材と木質部材との結合が強固なものになる。そして、木質部材がレゾルシノール樹脂接着剤で木質片同士を接着結合することにより形成されると、木質片同士の接合力が向上する。また、レゾルシノール樹脂接着剤は難燃性であるため耐火性を高めることになる。
芯部材周りに被覆する木質部材の被覆厚が少なくとも６ｃｍ以上設けられると、火災時において木質部材の表面が焦げて耐火被覆材となる炭化層ができるので、鋼材の芯部材の機械的強度を所定時間維持できるようになる。エポキシ樹脂系接着剤６のプライマーとして塗布される塗膜の膜厚が０.５mmよりも厚くなりすぎると、柔軟性が大きくなりすぎ接着力が低下するので、その膜厚は０.１mm〜０.５mmの範囲が好適となる。
請求項２の発明のごとく、エポキシ樹脂系接着剤にブロック型ポリイソシアネート及び可塑剤が添加されていると、柔軟性（伸び）がでるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複合部材について詳述する。図１〜図７は、本発明に係る複合部材の一形態で、図１はその横断面図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は図１の複合部材を解体する時の説明断面図、図４，図５は割裂接着試験のサンプル結果図、図６，図７は耐火性能試験結果グラフである。
【０００８】
本複合部材１は鋼材からなる芯部材２と、この芯部材２の周りに被覆される木質部材３とを具備する。
芯部材２には例えば図１に示すようなＨ型鋼が用いられる。芯部材２となる鋼材はその他、Ｉ型鋼，Ｌ型鋼，Ｔ型鋼等の型鋼や鋼管等、構造強度材として使用可能なものであればいかなる形状のものでもよい。
【０００９】
木質部材３は、前記芯部材２の外周面を被覆する木製部材で、レゾルシノール樹脂接着剤５で複数の木質片同士４，４，…を接着結合することにより形成される。
木質片４は所定形状若しくは所定厚みに加工された木製品で、間伐材等並材で造った角材や板材，集成材などを含む。複合部材１は木質片４で芯部材２の外周面が全て隠されるように覆着される横断面ほぼ一様の図１のような形状であるが、その両端部については芯部材２が適宜露出する。木質片４は任意の大きさの直方体，立方体，円柱，錐体等に形成したものを使用できる。木チップなどを成形した木質加工材を使用してもよい。
【００１０】
前記レゾルシノール樹脂接着剤５は木材接着用として優れた接着強さを有し、耐水，耐候性等の耐久性が要求される本発明の複合部材１に打ってつけとなる。レゾルシノール樹脂接着剤５にはホルマリンとレゾルシノール、又はレゾルシノール−フェノールの共重合の二種類がある。木質片同士４，４の接着結合にレゾルシノール樹脂接着剤５が用いられると、耐熱性があるため接合一体化された木質部材３の熱による剥離が起こり難くなり好都合となる。ゾルシノール樹脂接着剤を使って出来た木質部材３は難燃性が高まる。難燃性の高まる理由としては、レゾルシノール樹脂接着剤５では、ベンゼン環をもつレゾルシノールがホルムアルデヒドと付加縮合反応によって不溶性の巨大分子になって硬化するからと考えられる。また使用上、室温硬化接着が可能であり、その取扱いや複合部材１の製造が楽になっている。図１の複合部材１は１０個の木質片４がレゾルシノール樹脂接着剤５で接着結合されて木質部材３になり、この木質部材３がＨ型鋼の芯部材２の外周面を被覆し、横断面四角形の角柱の外観を呈している。
【００１１】
前記木質部材３はＨ型鋼の芯部材２の外周面を被覆するにあたって、芯部材２にプライマーとして塗布されたエポキシ樹脂系接着剤６を介してレゾルシノール樹脂接着剤５で芯部材２に接着結合される。レゾルシノール樹脂接着剤５は木材同士の接着に威力を発揮するが、木質部材３と金属製の芯部材２との接着には所望の接着力を期待することができない。本発明ではプライマーとして塗布されるエポキシ樹脂系接着剤６が金属製芯部材２の木質部材３に対する接着性を改善して木質部材３との耐久接着を実現する。芯部材２と木質部材３とがレゾルシノール樹脂接着剤５で接着接合するに先立ち、予め芯部材２の表面にエポキシ樹脂系接着剤６のプライマー処理がなされる。エポキシ樹脂系接着剤６のプライマーとして塗布される塗膜の膜厚は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲が好ましい。０．５ｍｍよりも厚くなりすぎると、柔軟性が大きくなりすぎ接着力が低下するからである。なお、図中のエポキシ樹脂系接着剤６の膜厚やレゾルシノール樹脂接着剤５の厚みは説明を判りやすくするため便宜的に厚く図示する。
【００１２】
ここで、前記エポキシ樹脂系接着剤６がＨ型鋼等の金属製芯部材２にプライマー塗布されるにあたって、芯部材２の表面状態として次のようなものがある。▲１▼黒皮状態（ゴミ，油等をシンナー，アルコール等で掃除）、▲２▼ブラストにより黒皮を除去した状態、▲３▼錆止め塗装の状態（ＪＩＳ  Ｋ  ５６２１：一般用錆止めペイント，ＪＩＳ  Ｋ  ５６２２：鉛丹錆止めペイント，ＪＩＳ  Ｋ  ５６２３：亜酸化鉛錆止めペイント，ＪＩＳ  Ｋ  ５６２４：塩基性クロム酸鉛錆止めペイント，ＪＩＳ  Ｋ  ５６２５：シアナミド鉛錆止めペイント，ＪＩＳ  Ｋ  ５６３３：長ばく形エッチングプライマー，ＪＩＳ  Ｋ  ５６６４：タールエポキシ樹脂塗料，ジンクリッチプライマー等）、▲４▼溶融亜鉛めっき（ＪＩＳ  Ｈ  ８６４１：ＨＤＺ５５，ＨＤＺ４５，ＨＤＺ３５）などである。複合部材１の用途等に応じ使い分けができ、本実施形態ではすべて▲１▼の黒皮状態を採用する。
【００１３】
前記エポキシ樹脂系接着剤６はエポキシ基を含有する化合物をアミン類や酸無水物等で硬化させる接着剤をいう。日本接着剤工業会規格のエポキシ樹脂系建材用接着剤（ＪＡＩ  １３−１９９６）では、１種がエポキシ樹脂を主成分としてこれに可塑剤，充填剤などを配合した主剤成分と、ポリアミド，変性ポリアミン，ポリチオールなどを主成分としてこれに可塑剤，充填剤などを配合した硬化剤成分からなる２液形室温硬化性接着剤とし、また２種はエポキシ樹脂及びシリル基含有ポリマー，エポキシ樹脂硬化剤，これにシリル基含有ポリマーの硬化触媒，可塑剤，充填剤，接着促進剤などを配合した２液形及び１液形室温硬化性接着剤とする。
エポキシ樹脂系接着剤６は被着材が金属やプラスチックである場合の接着に優れた接着力を発揮する。本発明の複合部材１は、エポキシ樹脂系接着剤６の片面が金属製芯部材２と接合し、もう一方の面がレゾルシノール樹脂接着剤５と接合して、金属製芯部材２と木質部材３のレゾルシノール樹脂接着剤５による接着結合の仲立ちをして芯部材２と木質部材３との接着性およびその結合の耐久性を向上させている。
またエポキシ樹脂系接着剤６が芯部材２にプライマーとして塗布されることによって、複合部材１の解体時に役立つ。例えば図３のＸ−ＸラインやＹ−Ｙラインにノコギリ等で切り込みを入れて鋼材の温度を１５０℃程度以上に加熱すれば、レゾルシノール樹脂接着剤５が硬化して木質部材３が一体化状態にあってもエポキシ樹脂系接着剤６が軟化するので、木質部材３と鋼材の芯部材２とに解体分離できるようになる。
【００１４】
ところで、金属製芯部材２にＨ型鋼などの寸法の大きいものを用いる場合、本発明のエポキシ樹脂系接着剤６には、気温により伸縮が生じるため接着界面に応力がかかる。そのため、所定の剪断接着強さを有し且つある程度の柔軟性を保有しなければならない。主剤と硬化剤の原材料成分さらにそれらの重量比率を種々変えた比較例１〜３と実施例１〜３について、それらの剪断接着強さ，伸び等の物性を測定した。その結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003563725.tif 000002
【００１６】
エポキシ樹脂系接着剤６は比較的架橋密度が低い硬化物となる硬化剤，変性樹脂が好適となる。しかし、それだけでは柔軟性（伸び）が十分でないため、表１に示す実施例１〜３のようにブロック型ポリイソシアネート（ブロックドポリウレタン）及び可塑剤を添加し、本発明品が建築用構造材等の用途に適合するような特性の接着剤とするのがより好ましくなる。具体的にはブロック型ポリイソシアネートに対するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の重量比率が８０／２０〜３０／７０の範囲が好ましく、このとき剪断接着強さが６．０ＭＰａ以上で、且つ伸び（％）が１０％以上になる。表１中の可塑剤には例えばエポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ），エポキシ化アマニ油（ＥＬＳＯ），エポキシステアリン酸オクチル（ＯＥＳ），ジイソデシルフタレート（ＤＩＤＰ）等がある。
【００１７】
次に、本発明の複合部材１の性能比較試験，耐火性能試験を行ったのでこれについて述べる。
（１）性能比較試験−１
金属製芯部材２と木質部材３との剪断接着強度試験を行った。プライマーとしてのエポキシ樹脂系接着剤６にイイダ産業株式会社製ＯＲＯＴＥＸプライマーＨ−５を使用し、レゾルシノール樹脂接着剤５として大鹿振興株式会社製：ディアノールＤ−３３を使用した。被着体はＳＰＣＣ鋼とスギ材木片で、それぞれの大きさは１．６ｍｍ×２５ｍｍ×１００ｍｍである。接着面積は２５ｍｍ×１２ｍｍで、レゾルシノール樹脂接着剤５の接着剤厚さは０．１５ｍｍである。引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで接着面に平行な引張り剪断荷重をかけて剪断接着強度を測定した。芯部材２にプライマーとして塗布されたエポキシ樹脂系接着剤６を介して、芯部材２と木質部材３とがレゾルシノール樹脂接着剤５で接着結合された場合は剪断接着強度が６．７ＭＰａであったのに対し、エポキシ樹脂系接着剤６のプライマー塗布がない場合は０．５ＭＰａであった。エポキシ樹脂系接着剤６のプライマー使用時の剪断接着強度が未使用時の１３倍以上向上する測定結果が得られた。
【００１８】
（２）性能比較試験−２
金属製芯部材２と木質部材３との割裂接着強度試験を行い、図４，図５の結果を得た。試験はプライマーとしてのエポキシ樹脂系接着剤６にイイダ産業株式会社製ＯＲＯＴＥＸプライマーＨ−５を使用し、レゾルシノール樹脂接着剤５として大鹿振興株式会社製：ディアノールＤ−９０を使用した。被着体はＨ型鋼と２５ｍｍ×１３０ｍｍ×１５ｍｍのスギ木片を用いた。図４の強度試験ではＨ型鋼の端部の平滑面にプライマーとしてエポキシ樹脂系接着剤６を塗布した後、２５ｍｍ×７５ｍｍ程の面積に対し芯部材２と木片をレゾルシノール樹脂接着剤５で接着結合し、残りの２５ｍｍ×７５ｍｍ程の面積部分の木片をＨ型鋼の端から突き出すように設定した。図５の強度試験に関してはプライマーとしてのエポキシ樹脂系接着剤６の塗布を省略した以外は同じ処理を施した。そして、両者とも３０日養生した後、Ｈ型鋼とこのＨ型鋼から突き出した木片の端部と持って割裂荷重を加えた。それぞれ４個づつの試験片を準備して図４，図５の結果を得た。図中、白地面積Ａは木材破壊した部分で、斜線面積Ｂは酸化鉄が現れた部分で、黒地面積Ｃは接着剤が剥がれた界面剥離の部分である。両図で、各（イ）〜（ニ）の右側にある数値は白地面積Ａ，斜線面積Ｂ，黒地面積Ｃの実測値を示す。接合面積全体（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）に対する接合強度が確保されている面積（Ａ＋Ｂ）は、図５の試験片の平均値が１９．８％であったのに対し図４の試験片の平均値は７２．３％と高い値が得られた。
【００１９】
（３）耐火性能試験
建築基準法の性能規定化により木材が耐火被覆材として利用可能になったことから、複合部材１の耐火燃焼試験を実施した。試験方法は４面加熱で行った。試験時間は２４０分とし加熱時間が６０分で、加熱終了後送気状態での自然燃焼を１８０分とした。加熱温度は加熱面から１０ｃｍ離れた位置の火炎温度を測定し、加熱炉の熱源は都市ガス（４６，０９０ｋＪ／ｍ３）を用いた。試験体はＨ型鋼（１５０×７５×５×７ｍｍ）の芯部材２の表面にエポキシ樹脂系接着剤６をプライマーとして塗布し、これにレゾルシノール樹脂接着剤５で集成加工したベイマツ材の木質部材３を、レゾルシノール樹脂接着剤５で圧締圧１０ｋｇ／ｃｍ２の条件で接着した。試験体は図３に示す厚さａ，ｂが６０ｍｍになるベイマツ材を被覆し、縦Ｌ２が２７０ｍｍで横Ｌ１が１９５ｍｍで紙面垂直方向の長さが３５００ｍｍの柱体、２体を作製し使用した。鋼材温度はＫ熱電対を３断面（１断面５点）に計１５点配置して測定した。図６に柱体１の測定結果を示し、図７に柱体２の測定結果を示す。
【００２０】
柱体１は、炉内温度最高１０３９．４℃の加熱に対し、１時間後の芯部材２たる鋼材温度の最高は４１．９℃であり、試験時間中の最高温度は１５５．８℃で試験開始後２００〜２０６分がピークであった。柱体２は炉内温度最高１００７．９℃の加熱に対し、１時間後の芯部材２たる鋼材温度の最高は４１．３℃であり、試験時間中の最高温度は１４５．２℃で試験開始後１８１分がピークであった。被覆木質部材３の炭化量は４ｃｍ程度であった。
耐火１時間の評価基準は載荷を行わずに鋼材温度を測定した場合は、試験終了時まで鋼材温度が最高４５０℃、平均で３５０℃を超えないこととなっている。鋼材の芯部材２の表面にエポキシ樹脂系接着剤６をプライマーとして塗布し、この芯部材２の周りに、レゾルシノール樹脂接着剤５で集成加工したベイマツ材の厚さ６ｃｍの木質部材３がレゾルシノール樹脂接着剤５で接着被覆される複合部材１は、耐火１時間の性能を有することが確認された。
【００２１】
このように構成された複合部材１は、性能比較試験−１，２からも明らかなように芯部材２と木質部材３の接着結合力が強固なものになる。レゾルシノール樹脂接着剤５は木材の接着に優れていても金属との接着に不適であり、一方、エポキシ樹脂系接着剤６は金属と木材の接着に優れていても熱に弱い難点がある。これに対し、本発明の複合部材１はレゾルシノール樹脂接着剤５が芯部材２と木質部材３の接着に先立ち、芯部材２にエポキシ樹脂系接着剤６をプライマーとして塗布することによって前記難点を克服し接着機能を向上させる。またレゾルシノール樹脂接着剤５は難燃性であり、これを木質片同士４，４の接着剤に用いているので、複合部材１は防災対策品としても優れたものとなっている。
さらに、耐火性能試験でも確認されたように、高温に晒されても芯部材２と木質部材３の一体化を保持して、芯部材２の温度上昇を食い止め鋼材の強度低下を防止できる。、エポキシ樹脂系接着剤６の熱に弱い欠点も木質部材３が覆っているので燃焼中に剥がれることはない。芯部材２周りに被覆する木質部材３の被覆厚ａ，ｂが６ｃｍ以上設けられれば、本複合部材１は耐火１時間の認定規定値をクリアし極めて有益となる。
また、解体時は図３で複合部材１のＸ−ＸラインやＹ−Ｙライン等に切り込みを入れた後、１５０℃以上に鋼材たる芯部材２を加熱すればエポキシ樹脂系接着剤６が軟化するので、木質部材３と鋼材の芯部材２との解体分離が簡単にできる。
【００２２】
尚、本発明においては、前記実施形態に示すものに限られず、目的，用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。芯部材２，木質部材３，木質片４等の形状，大きさ，個数，材質等は用途に合わせて適宜選択できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明の複合部材の製造方法によれば、芯部材と木質部材との結合を強固で、また高温に晒されても鋼材の強度低下を防止でき、さらには廃棄時の解体分別も容易になるなど優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合部材の一形態で、その横断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１の複合部材を解体する時の説明断面図である。
【図４】割裂接着試験のサンプル結果図である。
【図５】割裂接着試験のサンプル結果である。
【図６】耐火性能試験結果グラフである。
【図７】耐火性能試験結果グラフである。
【符号の説明】
１          複合部材
２          芯部材
３          木質部材
４          木質片
５          レゾルシノール樹脂接着剤
６          エポキシ樹脂系接着剤
ａ，ｂ        被覆厚（厚み）
【図１】
0003563725.tif 000003
【図２】
0003563725.tif 000004
【図３】
0003563725.tif 000005
【図４】
0003563725.tif 000006
【図５】
0003563725.tif 000007
【図６】
0003563725.tif 000008
【図７】
0003563725.tif 000009