(57)【要約】【課題】  建築材料として充分な強度を有すると共に、木質板が持っていない物性を付与することができ、また比較的軽量で厚みも抑えることができ、しかも、一般的な構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによる固定が可能なＦＲＰ-木質板複合パネルを提供すること。【解決手段】  ＣＦＲＰシートＳから成る芯材層11とその両側に形成された木質板層12とを有するＦＲＰ-木質板複合パネルにおいて、前記芯材層11を構成するＣＦＲＰシートＳとして、連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のＵＤシート片Ｐ・Ｐ…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートを使用した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＦＲＰシート(Ｓ)から成る芯材層(11)とその両側に形成された木質板層(12)とを有するＦＲＰ-木質板複合パネルにおいて、
前記芯材層(11)を構成するＣＦＲＰシート(Ｓ)として、連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のＵＤシート片(Ｐ)(Ｐ)…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートが使用されていることを特徴とするＦＲＰ-木質板複合パネル。
【請求項２】
芯材層(11)が厚さ1.5mm以下のＣＦＲＰシート(Ｓ)から形成されていることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ-木質板複合パネル。
【請求項３】
木質板層(12)が構造用合板から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＦＲＰ-木質板複合パネル。
【請求項４】
ＵＤシート片(Ｐ)(Ｐ)…として、幅2mm〜20mm、長さ5mm〜70mm、幅と長さの比率１：１〜１：６の四角形状のものが使用されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のＦＲＰ-木質板複合パネル。
【請求項５】
ＣＦＲＰシート(Ｓ)のマトリックス樹脂(Ｍ)にポリアミド系樹脂が使用されると共に、ＣＦＲＰシート(Ｓ)における炭素繊維(Ｆ)の繊維体積含有率が40％〜60％であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のＦＲＰ-木質板複合パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質板複合パネルの改良、詳しくは、建築材料として充分な強度を有すると共に、比較的軽量で厚みも抑えることができ、しかも、一般的な構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによる固定が可能なＦＲＰ-木質板複合パネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、建築用の構造用面材としては、合板やパーティクルボード、ＭＤＦ等の木質板が一般的に使用されており、これらの木質板を複数枚貼り合わせて強度を高めたものも知られているが、木質板のみから成る構造用面材では強度等に限界があり、また構造用面材に木質板が持つ物性しか付与できないという欠点がある。
【０００３】
そこで、従来においては、裏表の木質板の間に芯材として発泡樹脂層を形成して断熱性を高めた複合パネルも公知となっているが(例えば、特許文献１参照)、この種の複合パネルに関しては、発泡樹脂層によって構造用面材の厚みが大きくなり易いだけでなく、性能面で引張り強度等を高めることが難しいという問題がある。
【０００４】
また上記構造用面材の一部に高強度の金属材料や高剛性のセラミック材料等を使用することも考えられるが、これらの材料を使用した複合パネルでは、重量が大きくなり易いだけでなく、建築材料として使用する際に釘打ちやビス打ちによる固定が難しくなるため、施工時の作業効率や構造用面材としての使い勝手が悪くなる。
【０００５】
一方、上記木質板の間にＦＲＰシートを挟み込んで芯材層を形成することも考えられるが、ガラス繊維を用いたＧＦＲＰでは強度面に限界があり、また芯材層に炭素繊維の平織りシートを積層して樹脂を含浸させたＣＦＲＰシートを使用する場合には、炭素繊維を変形させて繊維間に釘やビスを挿通することが難しいため、釘打ちやビス打ちによる固定が困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３２８８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、建築材料として充分な強度を有すると共に、木質板が持っていない物性を付与することができ、また比較的軽量で厚みも抑えることができ、しかも、一般的な構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによる固定が可能なＦＲＰ-木質板複合パネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
【０００９】
即ち、本発明は、ＣＦＲＰシートＳから成る芯材層11とその両側に形成された木質板層12とを有するＦＲＰ-木質板複合パネルにおいて、前記芯材層11を構成するＣＦＲＰシートＳとして、連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のＵＤシート片Ｐ・Ｐ…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートを使用した点に特徴がある。
【００１０】
また上記芯材層11については、釘やビス等を打ち易くするために厚さ1.5mm以下のＣＦＲＰシートＳから形成するのが好ましい。
【００１１】
また上記ＦＲＰ-木質板複合パネルのパネル本体１を建築物の構造用材料として使用する場合には、木質板層12を構造用合板から形成するのが好ましい。
【００１２】
また上記ＣＦＲＰシートＳに関しては、釘やビス等の打ち易さと強度とを両立するためにＵＤシート片Ｐ・Ｐ…として、幅2mm〜20mm、長さ5mm〜70mm、幅と長さの比率１：１〜１：６の四角形状のものを使用するのが好ましい。
【００１３】
また更に上記ＣＦＲＰシートＳに関しては、釘やビス等の打ち易さと強度とを両立するために、マトリックス樹脂Ｍにポリアミド系樹脂を使用すると共に、ＣＦＲＰシートＳにおける炭素繊維Ｆの繊維体積含有率を40％〜60％とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、木質板の間にＣＦＲＰシートから成る芯材層を形成して複合パネルを構成すると共に、ＣＦＲＰシートに、ＵＤシート片を各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたものを使用したことにより、炭素繊維の平織りシートを積層して樹脂含浸したものよりも釘等を挿通する際に炭素繊維を変形させ易くなる。
【００１５】
そのため、一般的な木質板から成る構造用面材と同じように釘打ちやビス打ちによって構造体に固定することが可能となる。またＣＦＲＰシートを芯材層に使用することによって、厚みや重量を抑えつつ強度を高めることができるだけでなく、木質板が持っていないＣＦＲＰの物性を構造用面材に付与することも可能となる。
【００１６】
したがって、本発明により、従来の木質板から成る構造用面材の使い勝手を損なわずに性能の改善や物性の付加が行えるＦＲＰ-木質板複合を提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態のＦＲＰ-木質板複合パネルを表す拡大斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態のＣＦＲＰシートを表す平面図である。
【図３】本発明の第一実施形態のＣＦＲＰシートの断面構造を表す断面説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態のＵＤシート片を表す全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
『第一実施形態』
本発明の第一実施形態について図１及び図２に基づいて説明する。なお図中、符号１で指示するものは、ＦＲＰ-木質板複合パネルであり、符号Ｓで指示するのものは、ＣＦＲＰシートである。また符号Ｐで指示するものは、ＵＤシート片であり、符号Ｆで指示するものは、炭素繊維である。また符号Ｍで指示するものは、マトリックス樹脂である。
【００１９】
「ＦＲＰ-木質板複合パネルの構成」
[１]ＦＲＰ-木質板複合パネルの基本構成について
まずＦＲＰ-木質板複合パネルの基本構成について説明すると、本実施形態では、図１に示すようにＣＦＲＰシートＳから成る芯材層11とその両側に形成された木質板層12とを有するＦＲＰ-木質板複合パネルのパネル本体１を構成している。またパネル本体１の芯材層11を構成するＣＦＲＰシートＳには、図２〜図４に示すように連続繊維が一方向に配列した状態で接着一体化されて成る多数のＵＤシート片Ｐ・Ｐ…を、各シート片同士が重なり合うように面状に並べた状態で接着して形成されたシートを使用している。
【００２０】
これにより、上記パネル本体１にＣＦＲＰシートＳの物性を付与することができ、またＣＦＲＰシートＳから成る芯材層11によってパネル本体１の引張り強度等も高めることができる。また上記ＣＦＲＰシートＳを芯材層11に用いることで一般的な木質板から成る建築用パネルと同様に釘打ちやビス打ちによる固定が可能となる。
【００２１】
[２]芯材層について
〔2-1〕ＣＦＲＰシートの基本構成
次に上記パネル本体１の各構成要素について説明する。まずパネル本体１の芯材層11に関しては、本実施形態では、図２に示すように、多数のＵＤシート片Ｐ・Ｐ…を、各シート片の繊維方向をランダムに配向させ(シート片の繊維方向の向きがバラバラになるように並べ)、更に各シート片同士が重なり合うように層状に(二次元方向に)並べた状態で接着してＣＦＲＰシートＳから構成している。
【００２２】
また上記ＣＦＲＰシートＳについては、図３に示すように炭素繊維Ｆにマトリックス樹脂Ｍである熱可塑性樹脂を含浸させた構造としている。また上記ＣＦＲＰシートＳを構成する各ＵＤシート片Ｐについては、図４に示すように連続繊維(本実施形態では炭素繊維)を一方向に配列した状態で接着一体化して形成している。これにより強度と賦形性に優れたＣＦＲＰシートＳを形成できる。
【００２３】
〔2-2〕炭素繊維
また上記ＣＦＲＰシートＳに使用される炭素繊維Ｆに関しては、本実施形態では強度に優れ、かつ、コストの面でも有利なＰＡＮ系炭素繊維を使用しているが、弾性率に優れたピッチ系炭素繊維を使用することもできる。
【００２４】
〔2-3〕炭素繊維の繊維体積含有率(Vf)
また上記ＣＦＲＰシートＳにおける炭素繊維Ｆの繊維体積含有率(Vf)に関しては、本実施形態ではVf50％のものを使用しているが、炭素繊維Ｆの含有率が低過ぎると充分な強度が得られず、また炭素繊維Ｆの含有率が高過ぎると釘やビス等の打ち込みが難しくなるため、Vf40％〜60％の範囲内で調整するのが好ましい。
【００２５】
〔2-4〕マトリックス樹脂
また上記マトリックス樹脂Ｍに関しては、本実施形態ではポリアミド系樹脂(ナイロン樹脂)を採用しているが、炭素繊維Ｆに対して含浸性を有する樹脂であればその他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を使用することもでき、具体的には木質板層12との接着性を考慮して、マトリックス樹脂ＭにＥＶＡ樹脂、ＰＶＡ樹脂、変性ポリオレフィン樹脂を使用することもできる。またその他にもＰＥＴやポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルイミド、フッ素系樹脂等を採用できる。
【００２６】
〔2-5〕マトリックス樹脂の含浸方法
また炭素繊維Ｆ間にマトリックス樹脂Ｍを含浸させる方法としては、本実施形態では、層状に並べたＵＤシート片Ｐ・Ｐ…上にフィルム状の熱可塑性樹脂を積層して、この熱可塑性樹脂とＵＤシート片Ｐ・Ｐ…とを熱プレスすることによって、熱可塑性樹脂を炭素繊維Ｆ間に含浸させているが、ＵＤシート片Ｐ・Ｐ…上に粒状または短繊維状の熱可塑性樹脂を積層して含浸させることもできる。またマトリックス樹脂Ｍの含浸率に関しては、全てのＵＤシート片Ｐの炭素繊維Ｆ中に完全含浸させる必要はなく、各ＵＤシート片Ｐ・Ｐ…が接着される程度に含浸させるだけでもよい。
【００２７】
〔2-6〕マトリックス樹脂の含浸性
なお上記マトリックス樹脂Ｍの含浸方法のうち、ＵＤシート片Ｐ・Ｐ…上にフィルムを積層して熱プレスする方法を採用する場合には、含浸性に優れたポリアミド系樹脂を採用するのが好ましい。またポリアミド系樹脂よりも含浸性は劣るもののポリプロピレンやＥＴＦＥ(テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体)を採用することもできる。参考までに熱可塑性樹脂の含浸性の試験結果を下記表１に示す。
【表１】
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【００２８】
〔2-7〕ＵＤシート片の形状
また図３に示すＵＤシート片Ｐに関しては、本実施形態では幅Ｗ5mm×長さＬ20mmのものを使用しているが、強度と賦形性を考慮して幅Ｗ2mm〜20mm(好ましくは5mm〜10mm)、長さＬ5mm〜70mm(好ましくは10mm〜30mm)、幅Ｗと長さＬの比率１：１〜１：６の四角形状のものを使用することができる。なお本明細書中においては、炭素繊維Ｆの長さ方向に平行な方向をＵＤシート片Ｐの長さ方向とし、それに垂直な方向を幅方向とする。
【００２９】
〔2-8〕ＣＦＲＰシートとＵＤシート片の厚み
また上記ＣＦＲＰシートＳの厚みに関しては、本実施形態では、1.0mmとしているが、0.3mm〜1.5mmの範囲で設計するのが好ましい。なお上記芯材層11の厚みが2.0mmのＣＦＲＰシートＳを使用した場合には、パネル本体１に対して釘やビス等を打ち込むことができなかった。
【００３０】
またＵＤシート片Ｐの厚みに関しては、40μｍ〜100μｍの範囲で設計するのが好ましい。またＣＦＲＰシートＳ中において積層されるＵＤシート片Ｐ・Ｐ…の厚さ方向の平均枚数に関しては、本実施形態では5.0枚〜6.0枚の範囲に設計しているが、強度や樹脂の含浸性を考慮して2.0枚〜10.0枚の範囲で設計するのが好ましい。
【００３１】
〔2-9〕ＣＦＲＰシートの物性値
なお上記ＣＦＲＰシートＳについては、厚さを2.0mmとしたときの破断歪みが、炭素繊維の平織りシートを積層して樹脂を含浸させて成る従来のシート積層品よりも大きく、また引張強度や曲げ破壊強さについては、従来のシート積層品に近い数値が得られた。具体的な数値については以下の表２に示す。
【表２】
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【００３２】
[３]木質板層について
また上記パネル本体１の木質板層12に関しては、本実施形態では建築物の面材料として利用できるように構造用合板を使用しているが、構造用合板以外の合板やストランドボード、パーティクルボード、ファイバーボード、インシュレーションボード、ＭＤＦ(中密度繊維板)、ハードボード、ＣＬＴパネル等の木質系の板材を選択して使用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  パネル本体
11  芯材層
12  木質板層
Ｓ  ＣＦＲＰシート
Ｍ  マトリックス樹脂
Ｆ  炭素繊維
Ｐ  ＵＤシート片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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