宮林技研報 15200233

ロールプレスによるスギ表層 WPCの製造
藤j畢泰士，鷺岡雅Product01theSuperficialPlasticCombinedWood‑MaterialMade01JapaneseCedaru
singRollerPressTreatment
YasushiFUJISAWA，TadashiSAGIOKA

材質が軟質で，傷つきやすいスギ材を住宅用床材料として利用するため，ロールプレスによる表層 WPC化の方法を検討し，最適ロールプレス条件を見出した。その結果は以下のとおりである。
1)スギ材表層のみを選択的に圧縮できるロールプレス装置を考案した。

2) このロールプレス装置による最適な表層圧縮条件について検討した結果，上下ロール組み合わせが鉄/樹脂，上ロールの回転数が下部ロールより 2%遅い設定，上部ロール温度 150t，材表面温度20tであることを見出した。その条件によってスギ表層を選択

mm
圧縮することができた。
的に最大 23) ロール圧縮部に飽和共重合ポリエステル樹脂を浸せき処理により注入した後，加熱硬化させてスギ表層 WPCを作製した。その表面性能は，フローリング J
ASの耐摩耗性を0倍以上および 3満たし，衝撃強さおよびプリネル硬度は，無処理材と比較して，各々 1倍以上の値を示した。

1.はじめに前報 2，3)では，横圧縮処理による板目面からの樹木材の表面物性を改善する方法として WPC処理脂注入性改善効果を確認するため，平板プレス機をは効果的であるが，同時にコストアップにつながり，用いて全層横圧縮処理したスギ材板目面からの飽和実用化の大きなネックになっている o また，針葉樹共重合ポリエステル樹脂の注入性を検討した。その材であるスギは，一般に広葉樹材と比較して樹脂等結果，横圧縮率の増加に伴い，ポリエステル樹脂のの注入性が低く，内部への均一な浸透が困難である浸透深さが増加することが明らかとなった。

ため1)WPC材料としては適していなし、したがっ

本報告では，スギ材表層部のみに樹脂を注入するて，スギ WPC製品を開発するためには WPC処理のため，表層部のみを選択的に横圧縮するロールプレ

低コスト化とスギ材の樹脂注入性の改善を行う必要

ス装置を考案し，ロールプレスの適正な表層圧縮条がある。

件を検討した。

これらを同時に解決する方法として，浸せき処理

2. 実験方法

のみで木材内部に液体を注入する横圧縮処理技術を利用して，床材として必要な表面物性が要求される

2.1 供試材料

スギ材表層部のみに樹脂を注入し，硬化させる表層

県産タテヤマスギ辺材の気乾材(比重0.
35，含水WPC化を試みた。

率 13%，無節材)を用いた。試験材のす法は， 100

本報告の一部は、 200
1年度木材学会中部支部大会(金沢)において発表した。

3４(T）×1５（R）×900（L）ｍとした。

２．３表層圧縮するためのロールプレス条件

２．２表層圧縮用ロールプレス装置の考案

スギ試験材の上面と下面の圧縮愚を変化させるた

木材表層を選択的に圧縮できるロールプレス装置

めに，下部ロール材質を鉄ロール，樹脂ロール（硬(図−１，２）として，以下の仕様をもたせた。

度91。）およびウレタンゴムロール（硬度60。）の３種類にした。また，ロールプレス装置の表屑圧縮の処理速度を向上させるために，上部ロール回転数(宮T〒１を下部ロール回転数より±５％変化させ，最適な表１W圧縮条件を求めることとした。このとき，上部ロＬ−

可､､､
匂｜＝=患毒患=……富＝=

前 加 熱 部一､ , 今 , ｡ ﾜ ﾅ !

ロ毛−プ レ ス 部 一 うール温度150℃ 材表面温度20℃，圧縮量２mm，送り速度は１，５，１０および15ｍ/mｉｎとした。
さらに，ロールプレス装置の圧縮処理の効率を向上させるためには，熱による木材の軟化作用を利用

図−１表層圧縮用ロールプレス装置することが有効であると考え，上述の実験で求めた

本体：前加熱部およびプレス部から構成蚊適なロールプレス装椴の設定条件下で，材表而温

幅1300×高さ1950×全長5775111ｍ

度を20,80,120および160℃の４水準とし，上部ロ送り速度0.1〜30m/mｉｎ

ール温度140,150,180および200℃に変化させた場

前加熱部：表而加熱温度最高230℃（自動）プレス部：有効幅：300111m，有効厚：１５〜100ｍｍ
上部ロール；鉄ロール，鏡面仕上げ

合の各温度条件の表層圧縮効果を評価した。
２．４上面および下面圧縮量の測定
試験材の上面および下面の圧縮逓を測定するため，

直径300mm，温調150〜230℃
下部ロール；鉄，樹脂，ウレタンゴム

試験材側而に厚さ（Ｒ方向）を２等分する中心線を直径300ｍ

引き，その中心線から上方向（木表方向）を上部，加圧力（線圧）最大３ｔon/10ｃｍ

下方向（木裏方向）を下部とし，各々の圧縮埜を測

上下ロール別駆動方式;速度0.1〜30m/miｎ

定した。
２．５表層圧縮効果の評価

表層圧縮効果を評価するため，ロールプレス処理１分後の試験片厚さを測定し，試験片の厚さ回復率を次式により算出した。

厚さ回
復率（％）
＝ｔ１−（ｔＯ−ｔ２） ×１００ｔ２＊ｔｏ：圧縮処理前の試験片厚さ

ｌｕｔ，：圧縮１分後の試験片厚さ

薦』

ｔ２：ロール圧縮量＝−−１２．６注入樹脂

溶液粘度が低く，熱軟化点が低い低分子タイプの樹脂として飽和共重合ポリエステル樹脂（UE‑3350，ユニチカ製）を選定した（表−１）。樹脂はＭＥＫ溶
一『媒で25％濃度の樹脂溶液に調整した。また，硬化剤として２，４‐トリレンジイソシアネート（２，４‐TDI）を樹脂の活性ＯＨ基価の３倍鐙添加した。

ﾛ
き−

図−２ロールプレス装侭（写真）富林技研報１５２００２

3５

表−１供試ポリエステル樹脂の性状
項目単位

性状

色

表−２ロール材質によるスギ材の圧縮量の違い
下部ロール材質

淡黄緑色

上面圧縮量

下面圧縮量

(、）

(､､）

密度g/ｃｄｌ1.25

分子量数平均5000

鉄ロール

1.00〜１．２０

0.80〜1.00

熱軟化点℃

118

ウレタンゴムロール

圧縮不可

圧縮不可

ＯＨ基価ｌｎｇ
ＫＯＨ/９2５

溶液粘度

cＰ

４（25％ＭＥＫ溶液）

２．７樹脂注入処理および硬化処理

樹脂ロール

1.90〜1.95

0.05〜0.10＊上面圧縮量十下面圧縮量＝２ｍｍ＊上部ロール：鉄ロール（鏡面仕上げ）

上面の圧縮量が異なる理由は，下部ロール材質に表層圧縮処理された試験材は樹脂溶液中で１時間

よってスギ材表面に負荷される圧力が異なるためと浸せき処理した。樹脂注入試験材は60℃オーブンで考えられる。すなわち，上部ロール／下部ロールが24時間乾燥，ＭＥＫ溶媒を揮散させた。樹脂の圧縮

鉄／樹脂の場合は，プレス時に樹脂ロールがロール面からの浸透深さを測定するため，試験材は表層圧圧により変形することによって，スギ材下部と下部縮面を除き，他のすべての面をエポキシ樹脂でコーロールとの接触面積が増大し，下面に負荷される圧ティングした。

力が軽減された結果，上面のみが圧縮されたと考え

次に，樹脂注入した試験材は平板プレス機（高木られる。一方，鉄／鉄の組み合わせの場合は，上下金属工業製）を用いて180℃で30分間加熱硬化した。

ロールとも圧力による変形を引き起こさないため，試験材の成型厚さは14.5mmのデイスタンスバーを用挿入されたスギ材の上面と下面に同じ圧力が負荷さいて調整した。

れた結果，木材の上面と下面の圧縮量がほぼ同一と２．８スギ表層ＷＰＣの性能評価なったと考えられる。また，鉄／ウレタンゴムの場

表層圧縮量0.5,1.0および2.0ｍの圧縮処理材にポ合は，設定した２ｍの圧縮を行うことができなかっリエステル樹脂を注入し，樹脂浸透深さを調製したた。その理由として，軟質なウレタンロールがロースギ表層ＷＰＣ作製し，住宅用床材に求められる各ル圧力により大きくへこんだ結果，試験材上下面に種性能（フローリングJAS摩耗Ａ試験（１kg，５００

負荷される圧縮圧力が軽減し，設定した圧縮を行う回)，鉛筆硬度，デュポン衝撃強さ，ブリネル硬度，ことができなかったと考えられる。

吸水膨潤率）を測定した。

３．２上下ロールの回転数差が上面圧縮量に及ぼす影響

３．結果および考察

上面の圧縮量と送り速度の関係を図−３に示す。

３．１材質の異なる上下ロール組み合わせが上上下ロールは鉄／樹脂にした。上面の圧縮量は，送面の表層圧縮量に及ぼす影響

り速度１ｍ/mｉｎで1.90ｍ以上を示しが，５ｍ/mｉｎ

ロールプレス装置の下部ロール材質を樹脂，鉄おでは1.7,,10m/mｉｎでは1.2mmと減少し，１５m/mｉｎ

よびウレタンゴムとした場合のスギ材上面の圧縮量に達するとその値はほぼ１mmとなり，送り速度の増と下面の圧縮量を表−２に示す。試験材の全圧縮量加に伴い，上面の圧縮量は急激に減少した。

を２ｍに設定したため，試験材の上面の圧縮量と下面の圧縮量の合計は２ｍとなる。

送り速度の増加に伴って上面の圧縮量が低下したのは，圧縮する上部ロールとスギ上面との接触時間

下部ロールが樹脂ロールの場合，上面の圧縮量はが短くなったこと,あるいは3.1で述べた樹脂ロール

1.90〜1.95ｍで，スギ材上面のみが選択的に圧縮さの変形が送り速度の増加に伴い減少したことが原因れていた。鉄ロールの場合は，上面の圧縮量は1.00と推察される。

〜1.20ｍで，上面と下面がほぼ同じ比率で圧縮され上部ロールの回転数を変化させてロールプレスをていた。このように，下部ロールの材質を変えるこ行った結果を図−４に示す。下部ロールの回転数はとにより，上面の圧縮量を変化させることができた。

送り速度と連動させている。

3６

くした場合は，送り速度が増加しても上面の圧縮量に大きな変化は見られず，安定して２ｍ近くの上面回転数を下部ロールより１〜２％高くした場合は，増加に伴い上面の圧縮量は減少した。

鏡面仕上げされている上部ロール（鉄ロール）とスギ材との間の摩擦抵抗は低く，上下ロールの回転数に差を生じさせると，ロール間に挿入されるスギ咽曙出ｅ個判上下ロールが同じ回転数の場合と同様，送り速度の︵ＥＥ︶の圧縮量を得ることができた。しかし，上部ロール

２８■６●４●２●１１１１１

上部ロールの回転数を下部ロールより１〜２％低△、、材表面に上部ロールが滑るように擦り合わされる。

１１Ｉ

ここで，プレス部の試験材が挿入される側を入口側，圧縮されて出ていく側を出口側とすると，上部ロー

１ ５ １ ０ １ ５

ル回転数を速くした場合，材表面は入口側から出口送り速度（ｍ／ｍin）

側の方向へと擦り合わされ，遅くした場合は反対に

図−３

出口側から入口側の方向へと擦り合わされる。

上面の圧縮量と送り速度の関係＊上下ロール：鉄／樹脂

上部ロール温度：150℃

すなわち，回転数が速い場合は，上部ロールの擦材表面温度20℃

り合わせにより生じる抵抗力が送り方向と同じ方向に働くため，試験材表面は上部ロールにより引っ張られるようになる。遅い場合は，試験材上面に送り方向に対して反対方向にロールの抵抗力が働き，上ルが試験材表面に食い込むように働き，送り速度が向上しても試験材上部を安定して圧縮することが可能となったと推察される。

上部ロールを下部ロールより２％遅くして圧縮処理したスギ材の横断面を見ると，図−５に示すように表層が均一に圧縮されていることが観察される。

︵ＥＥ︶咽鰻出ｅ掴判

送り方向と反対に作用する圧縮力により，上部ロー２８４１２１１６１１

部ロールが試験材表面を圧縮するようになる。この

上部ロール回 転ワ

１１１

平板プレスによる放射方向の圧縮処理では，早材組織の座屈が全層に見られるのが一般的であるが4)，試作したロールプレス装置を用いることによって，早晩材の区別なく，試験材上面の表層のみを選択的

１ ５ １ ０ １ ５

送り速度（ｍ／ｍin）
図−４上下ロールの回転数差が上部圧縮量に及ぼに圧縮できることが明らかとなった。

また，上下ロール速度に２％を越える差を生じさせると，上部ロールと木材表面との摩擦抵抗が大きす影響＊＋値：上部ロール回転数が下部ロールより速い
一値：上部ロール回転数が下部ロールより遅い
上下ロール：鉄／樹脂

くなり，スギ材を上下ロール間に挿入することがで

上部ロール温度：150℃きなくなった。

材表面温度20℃

富林技研報1５２００２3７０００９０８０７０６０５０４０３０２０１０１

上部ロール温度︵訳︶糾騨回刊山

Ｉ

圧部細

□１６０℃
□１８０℃
回２００℃

一一一Ｆｌｌｌｌ縮分蜘ｌｌｌｌ﹂

百 両屍
皿１５０℃

膿８０℃ １２０℃ １６０℃
２０℃８０℃120℃160℃

材表面温度
図'−６

厚さ回復率に及ぼす材表面温度とロール温度の影靭

非圧縮部分

ロールと接触するスギ材表面には，ロールの熱により赤褐色に変色する熱劣化が生じていた。
３．４樹脂注入'性に及ぼす上部ロール温度の影響

上部ロール温度（材表面温度20℃一定）が樹脂浸透深さに及ぼす影群を図−７に示す。
図−５スギ表層圧縮処理材の横断而（SEM）

上部ロール温度150℃のとき,表層圧縮面からの樹脂没透深さは1.10mmと樹脂が最も深く浸透していた。

３．３上部ロール温度と材表面温度が表層圧縮に及ぼす影響
上部ロール温度と材表面温度が厚さ回復率に及ぼす影響を図−６に示す。

材表面温度が20℃の場合，厚さ回復率は上部ロー

樹脂浸透深さは160℃，140℃，180℃の順で浅くなり，180℃では0.45mmを示した。
このように上部ロール温度により樹脂浸透深さが異なる原因は，異なるロール温度条件で圧縮処理した試験材の厚さ回復率であると考えられる。

ル温度150℃で15％と最も小さい値を示し,その前後

ロール温度150℃および180℃で圧縮した試験材ののロール温度140℃および160℃では各々３５％およ

厚さの経時変化を図−８に示す｡ロール温度150℃でび25％と増加した。また，材表面温度80℃，120℃お表胴圧縮したものについて，圧縮時の材表面温度

よび160℃の場合，ロール温度180℃以下で40％程度20℃の厚さ回復率は，５分後に25％に達し，以降一定であった厚さ回復率は,ロール温度200℃で急激に増となるが，その他の材表面温度条件では，放置時間加し90％となった。の増加に伴い厚さ回復率が増加した。ロール温度

表胴圧縮処理は,ロール温度140℃未満では熱不足

180℃で圧縮した試験材は，材表面温度に関わらず，で，木材の熱軟化が不十分となり，圧縮そのものが２分後に厚さ回復率がほぼ70％まで増加し，以降一不可能であったが,ロール温度140℃以上で圧縮が可定となった。ロール温度150℃のとき,樹脂が最も深能となった。このとき，圧縮される木材表面から折く浸透し,ロール温度180℃で浅く浸透したことを考れるような小さな音が発生していたことから，ロー慮すると，この厚さ回復率の経時変化と樹脂注入性

ル温度140〜180℃での圧縮は微細な破壊を伴う圧縮は密接に関係していると考えられる。

変形であると推察される。

木材の圧縮には，木材の細胞壁等を破壊する圧縮

また，材表面温度80℃以上，ロール温度200℃で厚変形と，熱や水などの軟化による圧縮変形がある。

さ回復率が増加したのは，スギ材が十分に熱軟化さ

一般に，細胞を破壊する圧縮変形は，水による膨れていたため，圧縮変形が戻りやすい状態であった潤などの作用が働かない限り，厚さ回復することはこと５)が要因であると推察される。このとき，上部ない６)。このように圧縮変形された木材を液体中に3８

浸せきすると，液体は破壊された細胞壁などに沿っ３．５最適ロールプレス条件て木材の内部と浸透する７)◎ロール温度150℃（材スギ表層ＷＰＣを製造するためのロールプレス条

表面温度20℃）の圧縮材が，厚さ回復率が低く，板件は，スギ材上面のみを選択的に圧縮すること，送目面から樹脂が最も深く浸透した原因は,この組織り速度が増加しても安定して圧縮処理を行うこと，破壊を伴う圧縮変形が影響したためだと思われる。

樹脂を浸透させるため木材組織を破壊する圧縮変形

一方，熱などによって十分軟化した木材を圧縮すを木材表面に加えることが必要があると考えられる。

ると，木材組織は破壊されることなく変形する６)。

これらの条件を満たす最適な表層圧縮条件は，上下この圧縮変形は容易に厚さ回復する。この材を液体ロール組み合わせが鉄／樹脂，上ロールの回転数が中に浸せきすると，膨潤による厚さ回復によって，下部ロールより２％遅い設定,上部ロール温度150℃，液体は繊維方向の仮道管等に沿って木口面から材内材表面温度20℃であり，その条件でスギ表層を選択に浸透する８)。ロール温度180℃の圧縮材が，厚さ的に最大２ｍ圧縮することが可能である。

回復率が高く，板目面から樹脂がほとんど浸透しな

３．６スギ表層ＷＰＣの性能

かったのは，この組織破壊が生じていない圧縮変形

樹脂浸透深さを変化させたスギＷＰＣ材の表面性

能表−３に示す。住宅用床材に求められる重要な指が大きく影響したためだと思われる。

標である耐摩耗性(摩耗減量)は,樹脂浸透深さ0.28０■■

［140℃

喝℃
15､0■■■Ｕ〆ムー△−公一△〆／／１８０℃

ノ0−○一○一○○一○〆
１１０ロ

１ ２ ５ １ ０ ３ ０6０

放置時間（ｍin）

上部ロール温度
図−７１５０℃△RO唱℃
18030巴℃
160

上部ロール温度主寺︵ＥＥ柘既鯛謂蝋皿一蕊

８０６０４０0.2︵訳︶冊哩回杷凹

■

１００５０４０３０２０１００８０７６1.
2

上部ロール温度と樹脂浸透深さの関係

図−８厚さ回復率の経時変化＊上下ロール：鉄／樹脂＊上下ロール：鉄／樹脂

材表面温度20℃

材表面温度20℃

表−３スギ表層ＷＰＣの性能

(m､）

(、）

(9)

1．０７

0．０００．７２

０．０００．２８０．２０0.5

無処理材(辺材）

1）フローリングJAS摩耗Ａ試験（１kg，500回）
2）２５℃水中48時間

０．２０

鉛筆硬度

２Ｈ6Ｂ未満

衝撃強さ

プリネル硬度

吸水厚さ膨潤率2）(J）(N/nui）

(％）

0.245

18.90.155

18.40.015

７．０１0.015

６．０８

７８８７●９●９●６●
９摩耗減量'）

ＨＢ〃〃

樹脂浸透深さ２１

表層WPC(辺材）

表層圧縮量

富林技研報１５２００２

3９、（表層圧縮量0.5ｍ）のＷＰＣは無処理材と同じ参考文献0.029を示したが，樹脂浸透深さ0.72ｍ（表層圧縮1）基太村洋子：森林総研研報，No.367,1‑52量1.0ｍ)以上のＷＰＣは0.009と優れていた。また，
表面硬度は樹脂浸透深さの増加に伴い急激に性能が（1994)．

2）藤津泰士，水本克夫，高野了一：第45回日本木

向上し，浸透深さ0.72ｍのＷＰＣ材と無処理材を比較すると，ブリネル硬度で３倍，衝撃強さで10倍向材学会要旨集，２９６（1995)．
3）藤津泰士，水本克夫，高野了一：富山林技七研上していた。一方，作製したスギ表層ＷＰＣの吸水究報告，ＮｂL９，８４−９１（1995)．

厚さ膨潤率は，全ての表層ＷＰＣで約9.8％となった。

4）則元京:木材学会誌，３９（８），867‑874（1993)．

結果として，樹脂浸透深さ0.72ｍ以上で作製した

5）井上雅文，則元京：木材研究・資料，２７，３１−４０

ＷＰＣ化したスギ表層ＷＰＣは,フローリングJASの（1991)．

耐摩耗性および寸法安定性を満たしており，住宅用

6）則元京：木材研究・資料，３０，１−１５（1994)．

床材として十分使用できることが明らかとなった。

7）Ｈ・Gunzerodt，』.Ｃ,Ｆ,Walker，Ｋ,Whybrew：

また，表層部のみのＷＰＣ化のため，コスト的にもForestProductsJumal，３８（２），16‑18（1998)．

かなり安価になるものと思われる。

8）酒井温子:木材工業，４９（12)，604‑609（1994)．

Ｓｕｍｍａｒｙ
TouseJapanesecedarwhichissoftandinjuredeasilyasflooringmaterial,weattemptedtoproduceasuperficial
plasticcombinedwithwood‑materialusingarollerpresstreatment、TheresultsobtainedareasfOllows：l)AnequipmentthatpressestheonlysuperEciallayerofJapanesecedarwasdevised，

2)Onthedevisedequipment,thematerialsoftheupperandlowerrollerwer℃thecombinationofimnandrigid
resin,thespeedoftheupperrouerwas2％slowlythanthelowerroller,thetemperaturEoftheupperroneｒａｎdJapanesecedarsurfacewereeachl50℃ａｎｄ２０℃,andundertheseconditions,theｏｎlysupeIficiallayerwaspressedmaｘｉｍｕｍ２ｍｍａｔｏｎｅｔｉｍｅ、

3)ThepressedspecimenwasimprEgnatedwithpolyesterresinintothepressedsuperEciallayer,andhardenedby
hotprEss・Thewear‑proofofthehardenedspecimensatisfyJIS,andthevalueofimpactstrengthandsurface
hardnesswereeachabovetentimesandabovethreetimesascomparedwiththeuntreatedJapanesecedar．