FRP漁船の炭化による有効利用に関する研究
谷口秀樹メこ・ヒ村誠 一…。

持田 勲ンてニド＊材料科学部工業化ノ、iごニグルー▼一ブ・＊：りL州大学先導物質化学研究所
CarbonizationorFRP

HidekiTANtGUCHI￥・SeiichiUEMURA＊＊・王saoMOCⅢDAニiく→こMateriaiScienceandTechnoiogyDivision：kや首一一St・OfMateriaiChemistryandEngmccrⅢg・Kyushuし」盲一i、・＊：］＜

要旨
漁船等に用いられている，処分細封難′亡FRPげラス繊維強化プラスチック）ぴ〕リサイクル方法守Lて炭化し／梅澤牛
物が付着しやすい漁礁・療礁とLて再利用する方法を視案している．二の炭化研究は水産庁甘らげ）委託を受りて行っており，関係機関と連携して，プロジェクト全体では実証炉試験を行い，実相化を目指しノている・当センター∴ごH二研
究課題の一／〕であるFRP炭化物折明津糾一卜上技術開発を分押している．
本報告では，FRP廃材ゾ〕曲げ応ノノと炭化反応後のFRP炭化物の曲げ応ノノに相関関係があること，炭化反応の前段として安定化反応をすることにより，FRP炭化物の曲げ強度を2．5倍あるいは1．2倍に向Lさせることができたことを報告する．

そこで，FRP製造業（ノ）活性化策±LてFRP製造業

1．背景と研究目的
1．1 背景による FRP 船処理事業を県内で立ち上げることを巨盲

繊維強化プラスチック（FRP）はガラス繊維とマトリ的に，1センターでは平成1巨牛度上り，F琶之P炭化処理ックス樹脂から構成される複合材料であり，高強度，研究をスタートさせた．既に，著者らはFRPを不活性高耐久かつ軽量のため，漁船などの船舶や航空部材等雰匪卜気で炭化することにより，マトリックス樹脂からに幅広く利用されている．

生成する炭素がガラス繊維をコーティングLた炭素被大分県内には製造トン数においてF1本品人の FRP

寝ガラス繊維成型体が得られることを見出し，生物が船製造メーカーである東ノL州造船株式会社（臼杵市）を付着しやすい魚礁としてリサイクルするシステムを提始めとする地場の FRP船製造業やヤンマ←造船株式案している（l抽会社（東国東郡武蔵町）や日産マリーーン株式会社（東国東郡安岐町）といった進出企業があり，小型のプレジャー几ポーートから100トンを超える大型漁船去で製造している．

Lかし，近年の漁獲高の滅少や輸入品の拡大，景気の低迷等によって，新規造船数ほ減少（製造品控荷客貞，

H旦：744，H6：8は Hl巨762 千万n），事業所数の減少（Hl：24，H2：20，H3：17事業所），従業員数の減少（H旦：443，H6：403，Hll：j58人）となり，活気が失われ／〕／〕ある．

主た，FRP船は耐久年数の過ぎた船体の処分が大きな問題となっている．FRP漁船は塵業廃棄物として管の船を小片に砕かなければならないこと等から，処分

ド用．1 実証炉試験装置
所在厘上福岡県リサイクル総合研究センター実証試験地（北圧州市エコタウン内二北ノL州市若松区向洋町）
炉内寸法：LJ6m，＼㌔ 2∪5Ill，I12††！

が進んでおらず，新造船建造の足かせとなっていると最高温度：950−c

理型最終処分場に埋設するようになってし、るが，大型雰囲気制御：窒素等言われている−−57−

ト2 研究体制

現在で㍑沌甘木庫総合朝牒誉ンクー几 川†水庵車研究巾う ′小イ：〕ノ）変ri亡をノ受けて，同研究センター∵虹藻1二′宰相二究け巨トL州大学，福岡県リサイクル総合イ抑究センター
海洋水産システム協会等（ノ）他機関らと連携して研究課
題を1）捏十るニヒ」∵ト⊃て，センターや紙∴誉困難な大型の′夫「姑試験を行／）ごいろ．

ノ夫舌L試験ご土北ノL州巾エコタウン地F畑作福岡県リサ
イク′レ総合研究センターー実証試験ユリアに乙設置しノた
FRP㌫化′茹甜巧炉ノ勺寸法貫ノ6tn，恥 2．5m、f圭行1）／を用いて、実用化∵向けた研究を進めている．実証か概観を

卜1g．21廃FRP船（A）2．6t

Flg．iに′Jトト、見附l里㍍鋸車裾引L最適′Jし工炭化条件（′Fワニ化温度，昇温速度，雰囲気ガス流速′等ゾ）墳［†）や炭化物の利用ノノ法等を検討し／ている、
ニし7）（独）水産総合研′先センター事業た∴平成」4年寝かレ1J平成盲8叫喪主でげ）5カ年計画rご、あろが，品終イ巨度トなる平成！8年牒パ′真言広汎験装置ゾ）解体たと、がr′定され1ており∴実竃的に研究㍑平而＝7牛度までとなノ」ている．

本年「勘土中間報告とな∵こおり、本年r空第2し−ユi推進委員ごミでは）二れ主ご〃〕研究成果等を審議いただき，継続しノて取り純む必要がある」ユニ〝）評価を得こいる．
Fig。22 廃FRP船（B）4りt
1．3 研究目的

当センターではFRP炭化技術の中棲ごある，炭化条件〝）検討を分担している．現在の炭化技術の課題はFRP炭化物の慮度の向上である．

一般的に有機物（ニの研究では不飽和ホリエステル樹脂）を窒素など（′）不活性な雰灘気卜で加熱けると，分J′結合が縮合して炭素に変化する反応（重合反応）±分子一結合が切断してガスやクー′し状び）低分子化する反ん己こ（分解反んここ）がl■叩寺に進行すろ†ニの相反する反応の量は首温速度や炭化温度や雰囲気ガスの状態等によっF上g。2v 3 廃FRP船（C）試運転使用船て，増減する．
本研究では，より多くの炭素を得るため〝）炭化条件とLて炭化反応を2段階にわけ，1段目の雰匪気を空気とし，樹脂内に酸素架橋反応を導入することに上って，その後の炭化反応で高炭素収率や高強度化をトj指Lた．ニのような2段炭化の1段目のL二程を炭素工学
ご上土不融化反正二あるいは安定化反応と呼んでおり，炭素繊維製造等で用いこいる．

2．実験
2．1実質集材料

炭化実験には∴実験用に新Lく作成したFRP（以下，Fig．2「、′′1廃FRP船（D）05tモデルFRPとする），およびこれまでに入手できたi【58−く与ぎし）「1g．25 実験室炭化炉卜ig．26 仙げ甜検機

写真上：1モ体，ノゥニ頁卜：炉内部

与真上：仝胤 ′与二虫卜：加重部分種類ゾ）廃FRP（A）、廃FRP（B），廃FRP（〔1），廃FRP（n）

2．3 強度試験条件および積層構造分析を用いた．炭化実験では，二れJjぴ）廃FRPを曲げ試顆

FRPおよびFRP炭化ヰ勿〃）曲げ試験漂ゎ能蘭験機（島用に20mmXJOOnl汀lの短冊状∴坑断Lたむのを用いた．

津製作所製AGS−1を用いた．曲げ試験ゾ〕扶祝をFTig，2−6

ニれら廃FRPrハ船体解体前等ノ〕船体外観上ヒト ig．21かにホーLj．柑ゼの五甜郡肘私ヒト郎80‡11nlでヨ点【＝＝デ、Lら21〔ハとおりである．

した。FRP炭化物ご土tJ郎8りぎ11n17 上郡1（加†11ゾ）4′告曲げとした．試験速度ご士FRP，FRP炭化物±‡5盲†1nl／分

2．2 炭化装置と炭化条件
炭化反止こおよび安定化反し己こごま′実験室炭化炉おょび

し†J− 一」ノト

FRP【巨ハガラス含有量H妻気中65r）℃て燃焼いこと実証試験炉を用いた。実働ヰ射ヒ炉げ）外観を F唱．ユー5きゾ）残漆量／いレ■j求れ′二．主′ミニ∴燃焼後〔J）ガラス繊維屑に／iてすト 安定化転応条件おょび炭化条件は次〃）とおりを剥舵しt Lトービングクtlス（R），チョップトストランとしノた．安定化†叉応温ノ要はjO（）て∴ 吊混速度‡土50−c／ドマ、ノト笹竹に分類し積層構造′㌢分析し′た．

時，反に温度ごL7）保持日干閏ご上2持間，章雄ほ汗H L／分の大気気流イで反応させた．炭化温度け 700℃，犀

3，結果と考察

温速度ほ5けぐ／暗（ただし、〕りOJ〔∴ろゝ〔〕400℃の間た牒

3．1 ガラス含有率，積層構造

温速度を25て二／暗としノた），70け〔二でり）保持時間は4時

本研究に仔jいたFRPしハ積榔【メニ、さ，ガラス含什平 曲間，雰囲気は流速‖．／分の窒泉気流「でk正させた，げ強度，柑ゼ炭化物の曲げ強度をTablcう1にホ十 廃実轟炉では炭化温度、井混過渡、保持凍鍾軋主菜験基
炭化炉と同じである】雰囲気け窒素Q

FRP4 柁類〃Jガラス含有辛けそれぞれ7 j6，う4、25，酸素f昆合あるいj7（H，であり，廃船によって，人きく艮な／）こいる】去

は窒素で行った．

た7 積層構造‡〕船体ノ）排水トン数等に1二／つて，典な／Jている．ニれに対して，モデル／FRPソ）ガラス含イナ幸子土−59一

FRPdごRP炭化物の曲げ強度の関係
5Tab】e31廃FRPの炭化前後の曲げ強度等について﹁〇︻z∈E＼祭琴芦 ≡ 聖 繁 烹 讐 声nUハリ5︷U5Q01001罰）FR…）曲げ強度【N／mZi

F土g∴ト1FRP と FRPノ炭化物の曲げ強度の関
積層序さ＝約5mm

炭化炉：実験室炭化炉

炭化温度・700C
昇温速度：50C／時（300−400C問：25′C′′時）

雰囲気：窒素保持時間・4時間の相関関係が，すべて〝）廃FRPにあてはまるとは考え47％であり，廃FR に比べ約10％程度「射、．ニれは，いが，FRP炭化物の強度はもとのFRP強度が大きガラス繊維の樹脂との濡れ性や FRP 積層技術の向上

いて三ど，FRP炭化物の強度は大きいとは言えると思わによって，含浸させる樹脂が減っているためと思われれる．

る【

蓋た，ニの結果からほ，FRP炭化物の曲げ強度ほ最これらの廃FRP船は廃棄物ゆえに製造年月が不明な

大でも，13N′′mm2看ⅠⅠり童であり，ニれ以i二の曲げ強度をものや漁船登録ホ帳から製造年月が明らかな妄）のでも，得ることは期待できないとも言える．

使用しなくなって，どの程度げ）年月を海上で経たもの

かあるいは陸上で経たものかによって，FRPとしごの

3．3 FRP炭化物の曲げ強度とガラス含有率の関係
Figふ2にFRP炭化物曲げ強度とガラス含有率の関係強度が異なっていると思われる。紫外線等によって，ゲルコートや樹脂，あるいはガラス繊維も劣化が進行を示す．FRPのガラス含有率が高いほど，炭化して得の程度が異なるためと思われる．

られる FRP 炭化物♂）曲げ強度が大きい傾向が見られる．

3．2 FRPとFRP炭化物の曲げ強度の関係
FRP（7）曲げ強度とそれの炭化物（FRP炭化物）の曲は廃FRP（D）を除いて曾FRPとしての曲げ強風甘 いずとがかわる。ニれらの廃FRPを炭化LたF絶P炭化物︵＝Uれも150N／mm2以下であ畑 明らかに劣化しているこn︶

ため，グラフの右＝こ位置する。これに対して，廃FRP

3

227N／mm2，FRP炭化物の曲げ強度がj4N／mm2であるO竃∈∈＼邑磯髄聖者昏厨蜜褒d監

げ強度の関係をFig．3一号示す．モデルFRPは藍，他の廃 FRP は⑳で表す。モデル FRP は曲げ強度が⑳廃FRp鋸︵Uの曲げ強度はモデルFRPを炭化したものの4割程度の曲げ強度しかなく‥炭化する前のFRPとしての強度が203040

カラス含有寒村

低いとそれを炭化したものの強度の低いということがいえる一Fjg∴ト2 FRP 炭化物の曲げ強度とガラ

今回の廃FRPの4種類については，FRP強度とFRP

ス含有率の関係炭化物強度の関係が直線j二に乗った．用いた4種類の炭化炉：実験室炭化炉

炭化温度：700ハc
昇温速度：5椚ン時（う00−400C問．25ノC／時）
雰囲気：窒素保持時牒：槌時間

廃FRPはこれ蓋で述べたように，積層厚さや積層構造，使用期間等，これまでの経緯が異なるものなので，こ−60−50

Fig．うーt，Flg．3−2から」、／プニ化する前げ）FRPしノ）曲げ應烏
4可能と思われろ．

りJ−．

あるいはガラス含和幸ミをう紺トトること∴二上′〕ご、炭化しノて得られろ FRP炭化物の曲げ強度がある程庚イ欄

3

タール塗布

2

タール塗布後安定化
300℃

2

ハリ

安定化の効果あり鶴15雰L珂気ド300、〕〔二での安定化反広がFRP吋ノ）形状楳特に安定化
3〔）0℃

r八J

（実証炉第5回）

平成＝5年度においご，炭化反応の前牒として，空気ハU

誉眉蒙 古 壌 ℃ 室 讐

3．4 安定化反応（前処理）と曲げ強度の関係

前処理なし

■ ；

1（）

誓

有効であることを報㌣Lた．木棚究では 二〃）安定化反応を経美 FRP 炭化物の曲げ強度測定および異なる廃FRPを用いた再現性確認を行／つた．三た，新たな前前処理方法

処．叩ノ／法として，FRP／、＼グ）コー〈ルタールの塗布に上る

F豆∴ト3「在処理方法と曲こデ強度の関係

具炭化の効果を検討Lた．

−−一美証炉第5しロ」：700、c／FRP二廃FRP（ノ互トーFlg．うーうに1．前処理なL，2／実験室尉ヒ帆二上る安定炭化炉．某紆炉（第5阿）化反応，5．コールタール塗布した幸）の，お上び4．コー

歳†巨温度・7nO（二計温凍度．50し時∵眉（）一400（二間．25し時）

ルタール塗布後に安定化叔宜しノたも〃）の4種類を′実験

雰囲気．窒素室で準備し，ニれらを，実証か第5回実験（平成17隼

保持時間：4時間FRI）二廃FRPrA）1月）に、他げ）FRP試料と 珠凱二炭化したむげ〕の曲げ∫強度結果を示す．実証炉第5恒］実験の雰囲気は窒素で炭化反Jノここを行／つた．試験片本数は試湘≠ばら／）きを考慮して，各5木準備し，それら〃）平均でけなく，5木の曲げ強度げ）結果を，その主よホLた＿構造由来の湾曲があるたノダ）），試験片中のガラス繊維／II20

安定化の効果あぴ￠1510

樹脂比が均諭でないこと，炭化反正、中の収縮などに上◎／魯■「／つご，湾曲していることなどが考えられる，

さ徳I

0Flgふぅかレニ〕∴実験室でぴ）安定化蘭己こをした圭）のは前処理なL〔ハそ〕のに比べてっつLた試料片がま／）たく♂〕平面でないこと（わずかに船体安定化 夕叫ル
300℃
塗布

5わオⅠろ．ニれらげ）ばら／っき〃〕理由としノては，切りけL

3

生デーータであり，これド〕の範囲が試料〔7汁王ら／Jきと思

前処理なし

nU軍E∈＼乙薫建前義認誉

前処理ごとの5つげ〕プロソトはそれぞれ曲げ強度J）

前処理方法

平均で2．5倍の曲げ強度向上が回れていることがホされた 去た，今回直ヤー一ノン

卜1g∴う と 前処理方法±曲げ強度しノ満了係

塗車に／〕いてご土，曲げ胤変を向上させることができな−−一美「証虹ぺ持6ト中郡招て／巨−RP∴廃FRf〕（ノ侃ト¶か／〕た， タール塗布後に安滝里烏宣しノた≠〕〃）はターhル

炭住雄i′長記三炉十慕さ回1炭化混度：7（）（J〔、杵嵐逐「空・50し 咋（う0（トヰ00仁澗 三5〔、咋j雰囲気：壱衣∴ 酢素混合し酸素濃射1Jリ（さり）

宣布した妄）汀）上りrrlj上しこいろが，安定化′「夏んL二〃）みゾ〕らげ）と比べ▼1こ，曲げ強度が向上Lていない ニ〔川新人1に二㍍∵ては今後甘検討が必要上思われる（外ノ筑温＼う（）（）〔〜）窒素（うり（卜7（）（）し、i保持時間・4時間

3．5 安定化反応（前処理）と曲げ強度の関係

川げ：療＝Ⅷ汀㌧A）（実証炉第6匡）
k応／を行／J′二二F喝．j−jヒ同様にFtgふ4に尖言j抑第6「叶実験しハ結果を㌻ず∴身許炉亮定化反応出効果∵／〕いご；土Figふjソ〕

ホす）実験室前処理け第5巨rlと川じであろ．実証炉第前処理／♪ごし」二「痩．ぅー4（ハ「拍処理なしノノを比車麦することに6 回実験の目的古土，実験室での安定化蘭志を実証炉になるが，結果けはぼ同し∴ 出＝デ強度であり，今巨Tjげ）′実適用することであ／」た よって，′実験室安定化反応と証炉′実験で㍑効果は確認できなか／）た同様に う00し℃去で酸素濃度約 り一輝け雰囲気下で安定化

次に，′実験宅での安定化ヒ美止かで（ノ）′針芯化の2度ー61¶の安定化反応を経た試料ではばらつきは大きいむゾ〕ゾ）

参考文献

平均でう．2倍の曲げ強度向」二が図れた．

（1）持出勲，光来要 二，上村誠 一，谷＝秀樹，海洋水産ニれらの2／〕の結果から，実証炉安定化だけごは安エンジニアリング12（2002），P．48

定化の効果は見られないが，再度実証炉安定化した≠）（2）勘l秀樹，光来要三卜上村誠 一，持出勲，第27回のほ効果が見られることから∴実験室安定化に上って，

炭素材料学会年会要旨集（20n（往 P．182

安定化反応が 一部進んだFRP には実証炉での安定化謝辞反応が有効であったと考えられる】実験室炭化炉と実木研究折）一部ほ水虎庁「平成I6イド度自然との共生プ

証炉の違い甘 雰囲気ガスの流路や酸素濃度，炉内空ロジェクト技術開発委記事業」によって行われた．

間に対するFRP試料量等〉 多くの点で異なっており〉
今後のこれらの比較検討し，′実証炉安定化反応の最適（株）江原造船鉄丁所（東国東郡国見町），（有）酒家造化が必要と思われる．

船所（南海部郡）には，当センター実験室研究やFRP試

コールタール塗布物したものの安定化反応ではFRP料に／〕いてj ご協ノバ買いた．

炭化物のばらつきが非常に大きいが，ニれは，FRP炭

福岡県リサイク′レ総合研究センタ山

化物の表面の不均 一なコールクー¶ル由来のフレーク状，酉Fl木環境エ

ネルギー株式会社，（株）江原造船鉄「所にほ実証炉試の炭素に上って，厚さのばら／⊃きが大きいため等が原験について，ご協力噴いた．

因として考えられる．

（社）海洋水産システム協会について，廃FRP船解体に関する経済性検討に／〕いて，ご協力頂いた．

4． まとめと今後の計画（独）水産総合研究センター水産工学研究所，ノL州大4．1本報告のまとめ

半先導物質化学研究所には，研究全般に関して，ご協本報告をまとめると，次のj点となる．

ノノ頂いた．

上記の関係機関等に謝眉を表します．

〔［廃FRPの曲げ強度とそれらのFRP炭化物の曲げ強度に相関があること，また，ガラス繊維含有量と同じく FRP炭化物の曲げ強度にも相関があることが示唆された．
これにより，実際の炭化反応を行わなくと車〕，得られる FRP炭化物の曲げ強度を㌣測できると思われる．

② 炭化反応の前段に空気中での安定化反応を行うことにより，FRP炭化物の曲げ強度を2．5倍あるいほ3．2倍に向上二させることができた。実証での安定化反応は最適化が必要と思われる．

③ 今回の検討でほ）コールタール塗布の曲げ強度
向卜に対する効果は見られなかった．

4．2 今後の課題
当センターの課題の，強度向上については，安定化反応は窒素ガスの使用量低減となる反応でもあるので，運転コスト削減に有効な技術であり，実証炉安定化反Jノここの温度や時間等を最適化していく必要があると思われる．プロジェクト全体としては，国士交通省が開発中のセメント材料への混合技術の動向を踏まえながら，FRP炭化物の実海域での生物親和性や漁礁。藻礁として性能試験，経済性に関する試算，FRP炭化物の吸着性能を利用した浄化材の開発等をそれぞれの機関が進め，早期の実用化に必要なデーⅦタの積み上げを進めていく

一62【