(57)【要約】【課題】本発明は、ＦＲＰ廃棄物から回収されるガラス繊維をシート状に加工したもの（リサイクルガラス繊維シート）を再利用して、新たにＦＲＰを成形する場合でも、樹脂が含浸しない部分の発生を抑制し、信頼性の高いＦＲＰ成形体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、ＦＲＰ廃棄物から回収されるガラス繊維をマット状態のシートに加工したリサイクルガラス繊維シートと、未使用のガラス繊維シートとを強化繊維として用い、これらの強化繊維に、不飽和ポリエステル樹脂を含浸させて成形するＦＲＰ成形体であって、前記リサイクルガラス繊維シートと前記未使用のガラス繊維シートとを交互に配置し、かつ、表裏の表層には未使用のガラス繊維シートを配置する積層構成としたＦＲＰ成形体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ廃棄物から回収されるガラス繊維をマット状態のシートに加工したリサイクルガラス繊維シートと、未使用のガラス繊維シートとを強化繊維として用い、
これらの強化繊維に、不飽和ポリエステル樹脂を含浸させて成形するＦＲＰ成形体であって、
前記リサイクルガラス繊維シートと前記未使用のガラス繊維シートとを交互に配置し、かつ、表裏の表層には未使用のガラス繊維シートを配置する積層構成としたＦＲＰ成形体。
【請求項２】
請求項１において、
リサイクルガラス繊維シートの重さが、５０〜２２０ｇ／ｍ２であるＦＲＰ成形体。
【請求項３】
請求項１、又は、２において、
注入成形により、強化繊維に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させて成形するＦＲＰ成形体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、
鉄道車両用内装ＦＲＰ製品及び住宅用ＦＲＰ製品として用いられるＦＲＰ成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リサイクルガラス繊維シートを用いた繊維強化プラスチック（以下、「繊維強化プラスチック」を「ＦＲＰ」と言う）成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ成形品のリサイクル技術としては、ＦＲＰ廃棄物を粉末にした後、新たなＦＲＰの充填材として使用する方法、ＦＲＰ廃棄物の有機物は燃料として熱回収し、残渣として残るガラス繊維や充填材等の無機物は、セメントの原料として回収する方法が知られている。
【０００３】
近年、ＦＲＰ廃棄物を熱分解して油化処理し、残ったガラス繊維等も回収して再利用する方法（特許文献１）、ＦＲＰ排気物を水蒸気爆砕処理により強化繊維とマトリックスとを分離させ、強化繊維を回収して再利用する方法（特許文献２）、ＦＲＰ廃棄物を混酸溶液中で溶解して液状化し、再利用のために強化繊維を回収する方法（特許文献３）、ＦＲＰなどの不飽和ポリエステル樹脂の未硬化物をリン酸類等を含む処理溶液により溶解した後、当該未硬化物に含まれる繊維や充填材等を洗浄・ろ過により回収する方法（特許文献４）、セシウムの塩等とアルコール系溶媒を含むエステル結合含有高分子の分解または溶解用の処理液でエステル結合含有高分子を分解または溶解する方法（特許文献５）が開発されている。これらの方法で回収されたガラス繊維は、未使用の状態に近い、長繊維の状態で回収することも可能であるため、再度ＦＲＰの強化繊維として使用が可能であり、ＦＲＰ廃棄物のリサイクル技術として注目されている。
【特許文献１】特開２００１−２６２１５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７０４６号公報
【特許文献３】特開２００４−００２５４０号公報
【特許文献４】特開２００４−３２３７２５号公報
【特許文献５】特開２００６−１３１６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜５の方法で回収されたガラス繊維は、未使用のマット状態とは異なり、繊維が絡まった状態で回収される。このため、そのままでは、ＦＲＰの強化繊維として使用できないため、マット状態のシートに再加工して使用する事になる。このようなマット状態のシートに加工する際、絡まったガラス繊維を開繊機に掛けると、繊維が１本１本にばらけ、綿のように嵩高くなる。しかも、繊維の密度が上がるため、成形の際には樹脂の流れが阻害され、樹脂が含浸しない部分が発生する問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであり、ＦＲＰ廃棄物から回収されるガラス繊維をマット状態のシートに加工したもの（以下、「リサイクルガラス繊維シート」と言う。）を再利用して、新たなＦＲＰを成形する場合でも、樹脂が含浸しない部分の発生を抑制することにより、外観が損なわれることがなく、信頼性の高いＦＲＰ成形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】
【０００６】
本発明は、以下に関するものである。
（１）  ＦＲＰ廃棄物から回収されるガラス繊維をマット状態のシートに加工したリサイクルガラス繊維シートと、未使用のガラス繊維シートとを強化繊維として用い、これらの強化繊維に、不飽和ポリエステル樹脂を含浸させて成形するＦＲＰ成形体であって、前記リサイクルガラス繊維シートと前記未使用のガラス繊維シートとを交互に配置し、かつ、表裏の表層には未使用のガラス繊維シートを配置する積層構成としたＦＲＰ成形体。
（２）  （１）において、リサイクルガラス繊維シートの重さが、５０〜２２０ｇ／ｍ２であるＦＲＰ成形体。
（３）  （１）、又は、（２）において、減圧注入成形により、強化繊維に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させて成形するＦＲＰ成形体。
（４）  （１）〜（３）の何れかにおいて、鉄道車両用内装ＦＲＰ製品及び住宅用ＦＲＰ製品として用いられるＦＲＰ成形体。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リサイクルガラス繊維シートを再利用して、新たにＦＲＰを成形する場合でも、樹脂が含浸しない部分の発生を抑制することにより、外観が損なわれることがなく、信頼性の高いＦＲＰ成形体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ＦＲＰ廃棄物から回収される強化繊維は、例えば、ガラス繊維、カ−ボン繊維、ポリイミド繊維等が挙げられる。これらの中でも、ガラス繊維はＦＲＰの強化繊維として最も多く使用されるため、廃棄されるＦＲＰ製品の量も多い。このため、資源のリサイクルを再利用するという観点から、ＦＲＰ廃棄物から回収されるガラス繊維（以下、リサイクルガラス繊維」と言う。）を使用する。
【０００９】
リサイクルガラス繊維は、例えば、特許文献３に示すように、ＦＲＰ排気物を常圧溶解法でガラス繊維と樹脂、充填材に分解する方法、特許文献４に示すように、リン酸類等を含む処理溶液により溶解した後、繊維や充填材等を洗浄・ろ過により回収する方法、特許文献５に示すように、セシウムの塩等とアルコール系溶媒を含むエステル結合含有高分子の分解または溶解用の処理液でエステル結合含有高分子を分解または溶解する方法により得られるリサクルガラス繊維を用いることができる。
【００１０】
リサイクルガラス繊維は、平織り、綾織り、マット状態等のシートで回収されるが、何れの場合も、効率良く再利用する観点から、このリサイクルガラス繊維シートを直接開繊機に掛け、一定の厚さのマット状態のシートに抄繊したものを使用する。このように、リサイクルガラス繊維シートを直接開繊機に掛けてマット状態のシートとすることで、リサイクルガラス繊維シートを、最も経済的にマット状態のシートに加工することができる。また、シートとしたことで、取扱い易く、注入成形性を向上させることができる。
【００１１】
リサイクルガラス繊維シートとしては、バインダーで収束されたシートや、未収束のシート等を用いることができる。バインダーで収束されたシートは、リサイクルガラス繊維を直接開繊機に掛け、一定の厚さのマット状態のシートに抄繊した後、このリサイクルガラス繊維シートに、バインダーを加えることにより得られる。
【００１２】
未使用のガラス繊維シートは、リサイクルを受けていないガラス繊維シートであり、ＦＲＰで一般的に使用されるガラス繊維シートであるガラスマット、ロービングクロス、ガラスクロス等が使用できる。これらの中でも、方向性が無く、成形性がよい点で、ガラスマットを使用するのが好ましい。また、未使用のガラス繊維シートの重さは、３００〜４５０ｇ／ｍ２が一般的であり好ましい。
【００１３】
成形用樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、その中でも、リサイクルガラス繊維をＦＲＰ製品に再利用する観点から、ＦＲＰ注入成形に多く使用されている不飽和ポリエステル樹脂を使用する。
【００１４】
不飽和ポリエステル樹脂は、リサイクルガラス繊維シートへの含浸性を高めるため、不飽和ポリエステル樹脂の１００重量部に対して、スチレン等の希釈剤を１０〜２０重量部入れるのが好ましい。また、冬季においては低温で成形する樹脂の粘度が高く含浸性が悪くなりため、配合した樹脂を２５〜３０℃に加温するのが好ましい。このように、希釈材を加えたり、加温した場合の不飽和ポリエステル樹脂の粘度は、上述した含浸性を確保するため、０．１５〜０．３５Ｐａ・ｓが好ましい。
【００１５】
不飽和ポリエステル樹脂には、増量のための充填材や難燃性を付与するための難燃剤を加え使用する。充填剤としては、炭酸カルシウム等が使用でき、難燃剤としては、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン等が使用できる。
【００１６】
本発明で使用する成形法としては、例えば、注入成形法やハンドレイアップ成形法が挙げられる。これらの中でも、成形用樹脂が、ガラス繊維シートに、より含浸し易い点で、注入成形法が望ましい。この注入成形法は、減圧注入成形法と加圧注入成形法があるが、何れの方法でもよい。
【００１７】
本発明のＦＲＰ成形体は、一般のＦＲＰの用途に使用することが可能であり、特に、見た目の美しさや機械的強度を要求される鉄道車両用内装ＦＲＰ製品及び住宅用ＦＲＰ製品として用いることができる。
【００１８】
本発明のＦＲＰ成形体１を成形する際の積層構成は、図１、及び、２に示すように、未使用のガラス繊維シート４とリサイクルガラス繊維シート５から構成され、これらのガラス繊維シート４、５が、交互に配置され、かつ、表裏の表層には未使用のガラス繊維シート４を配置する積層構成とする。つまり、リサイクルガラス繊維シート５は、表層以外の中間層のみに配置される。ここで、表裏とは、これらのガラス繊維シート４、５が一体化したＦＲＰ成形体１全体の表裏を言う。また、表層とは、積層構成のうち、最も外側となる層を言い、それよりも内側の層を中間層と言う。そして、これらのガラス繊維シート４、５に、上述した不飽和ポリエステル樹脂が含浸されて成形される。
【００１９】
リサイクルガラス繊維シート５は、未使用のガラス繊維シート４と異なり、ガラス繊維が密集しているため、成形用樹脂の流れが阻害され、ガラス繊維への含浸が不十分となる傾向がある。このため、図３のように、リサイクルガラス繊維シート５が表層にくるようにした積層構成の場合や、図４のように、リサイクルガラス繊維シート５や未使用のガラスシート４が、積層方向の表裏の何れかに偏った積層構成の場合、リサイクルガラス繊維シート５への成型用樹脂の流れが悪い部分が生じ、未含浸部分が発生し易い。しかしながら、図１、及び、２に例示した積層構成を用いると、リサイクルガラス繊維シート５と未使用のガラス繊維シート４とが交互に積層されており、かつ、表裏の表層には未使用のガラス繊維シート４が配置されているため、リサイクルガラス繊維シート５の含浸性が不足していても、その上下の両側に配置された含浸性の良い未使用のガラス繊維シート４から、成形用樹脂が補われることによって、このような、未含浸部分の発生を抑制することができる。
【００２０】
また、未使用のガラス繊維シート４とリサイクルガラス繊維シート５は、ガラス繊維の密集度が異なるため、成形用樹脂を含浸した後は、未含浸部分が生じない場合であっても、これらのガラス繊維シート４、５の樹脂分が異なる状態となる。つまり、リサイクルガラス繊維シート５は、未使用のガラス繊維シート４よりも、ガラス繊維の密集度が高いため、一旦、成形用樹脂が含浸すると、未使用のガラス繊維シート４よりも樹脂分が多くなる。成形用樹脂は、硬化時に収縮する性質を有するため、樹脂分の多いリサイクルガラス繊維シート５の方が、未使用のガラス繊維シート４よりも収縮率が大きい。このため、図４に示すように、未使用のガラスシート４とリサイクルガラス繊維シート５の積層構成を、積層方向に偏って配置すると、成形樹脂が硬化する際の収縮率の違い等によって、硬化後の成形品に反りが生じ易い。図４の場合であれば、リサイクルガラス繊維シート５が偏って配置された上側の方が、成形・硬化時の収縮率が大きいため、ＦＲＰ成形体１の全体が、凹形状となるように、反りを生じることになる。しかしながら、上記の図１、及び、２に例示した積層構成を用いることにより、このような、ＦＲＰ成形体１の反りの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、リサイクルガラス繊維シート５の重さは、５０〜２２０ｇ／ｍ２が好ましく、１５０〜２２０ｇ／ｍ２がより好ましい。この重さが、２２０ｇ／ｍ２以上では、リサイクルガラス繊維シート５に、注入した成形用樹脂が含浸し難い傾向がある。また、５０ｇ／ｍ２以下の重量では、リサイクルガラス繊維シート５の厚さが薄くなり、積層の際のハンドリングで、シートが切れる等取扱が困難になる傾向がある。これを防止するため、リサイクルガラス繊維シート５の厚さを５０〜２２０ｇ／ｍ２とし、かつ、リサイクルガラス繊維シート５の両側に、樹脂流れ性の良い未使用ガラス繊維シート４を配置（積層）する事により、リサイクルガラス繊維シート５への未含浸を抑制する効果を、より向上することができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明に係るＦＲＰ成形体の積層構成の実施例１、２、及び、比較例１、２を説明する。これらの実施例と比較例の未含浸部分の有無、及び、反りの有無を調べた結果を、表１に示す。未含浸部分の有無、及び、反りの有無の何れも、目視による判定である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
（実施例１）
図１に、本発明に係るＦＲＰ成形体１の積層構成の実施例１を示す。本実施例では、リサイクルガラス繊維シート５を中間層として使用し、その上下の表層に未使用のガラス繊維シート４を積層する積層構成とした。
【００２５】
中間層のリサイクルガラス繊維シート５は、ＦＲＰ廃棄物を常圧溶解法でガラス繊維と樹脂、充填材に分解して得られるリサイクルガラス繊維シート５（富士ファイバーグラス株式会社製ＦＥＭ４５０）であり、５０、１５０、２２０ｇ／ｍ２の３種類ものを使用した。また、上下の表層に配置した未使用のガラス繊維シート４（日東紡績株式会社製ＧＰ４５０）は、３００、４５０ｇ／ｍ２のものを使用した。リサイクルガラス繊維シート５及び未使用のガラス繊維シート４の何れも、約１０００ｍｍ×５００ｍｍのサイズとした。
【００２６】
成形用樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂（ディーエイチ・マテリアル株式会社製ＰＳ７０１０ＡＰＴ）を使用し、この不飽和ポリエステル樹脂の１００重量部に対して、希釈剤としてスチレンを１０重量部又は２０重量部、充填剤として炭酸カルシウムを５０重量部、難燃剤として水酸化アルミニウムを１００重量部加えたものを用意した。このときの成形用樹脂の粘度は、０．１５又は０．３５Ｐａ・ｓであった。
【００２７】
リサイクルガラス繊維シート５と未使用のガラス繊維シート４を、図１の積層構成が１組の積層構成となるようにして、全体が約３ｍｍの厚さとなるように、１組の積層構成をいくつか重ね、下型３にセットした。そして、上型２と下型３の間に挟み込み、型締めした後、減圧注入成形又は加圧注入成型によって、用意した成形用樹脂を注入して成形した。
【００２８】
減圧注入成形は、減圧下（０．５〜０．６ＭＰａ）で、６分間、成形用樹脂を注入することで行い、成形用樹脂をガラス繊維シート４、５に含浸させた。加圧注入成形は、加圧下（８０〜１２０ＭＰａ）で、５分間、成形用樹脂を注入することで行い、成形用樹脂をガラス繊維シートに含浸させた。
【００２９】
成形用樹脂が硬化した後、上型２と下型３を取外し、ＦＲＰ成形体１の外観を検査したところ、成形用樹脂が未含浸となった部分や反りは見当たらなかった。
【００３０】
（実施例２）
図２に、実施例２の積層構成を示す。本実施例では、未使用のガラス繊維シート４を４枚とリサイクルガラス繊維シート５を３枚使用し、これらのガラス繊維４、５を、積層方向に、交互に重ねて配置し、かつ、表裏の表層には未使用のガラス繊維シート４を配置した。リサイクルガラス繊維シート５は、５０、１５０、２２０ｇ／ｍ２の３種類のものを、未使用のガラス繊維シート４は、３００、４５０ｇ／ｍ２の２種類のものを使用した。それ以外は、実施例１と同様にして、ＦＲＰ成形体１を作製した。
【００３１】
成形用樹脂が硬化した後、上型２と下型３を取外し、ＦＲＰ成形体１の外観を検査したところ、成形用樹脂が未含浸となった部分や反りは見当たらなかった。
【００３２】
（比較例１）
図３に、比較例１の積層構成を示す。この比較例では、未使用のガラス繊維シート４を中間層として使用し、その上下の表層にリサイクルガラス繊維シート５を積層する積層構成とした。それ以外は、実施例１と同様にして、ＦＲＰ成形体１を作製した。
【００３３】
成形用樹脂が硬化した後、上型２と下型３を取外し、ＦＲＰ成形体１の外観を検査したところ、成形用樹脂が未含浸となった部分や反りが見られた。
【００３４】
（比較例２）
図４に、比較例２の積層構成を示す。この比較例では、未使用のガラス繊維シート４を４枚とリサイクルガラス繊維シート５を３枚使用し、下型側に未使用のガラス繊維シート４を４枚連続して積層構成し、上型側にリサイクルガラス繊維シート５を３枚連続して積層構成した。それ以外は、実施例１と同様にして、ＦＲＰ成形体１を作製した。
【００３５】
成形用樹脂が硬化した後、上型２と下型３を取外し、ＦＲＰ成形体１の外観を検査したところ、上型側となったリサイクルガラス繊維シート５側に、成形用樹脂が未含浸となった部分が見られた。また、ＦＲＰ成形体１全体が、リサイクルガラス繊維シート５側に凹形状となる反りを生じた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１のＦＲＰ成形体の積層構成を示す断面図である。
【図２】実施例２のＦＲＰ成形体の積層構成を示す断面図である。
【図３】比較例１のＦＲＰ成形体の積層構成を示す断面図である。
【図４】比較例２のＦＲＰ成形体の積層構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ＦＲＰ成形体、２…上型、３…下型、４…未使用のガラス繊維シート、５…リサイクルガラス繊維シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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