JP2008174988A

JP2008174988A - 柵部材

Info

Publication number: JP2008174988A
Application number: JP2007010115A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Koga; 雄三古賀
Original assignee: AGC Matex Co Ltd
Current assignee: AGC Matex Co Ltd
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】耐食性が良好であるとともに、刃物によって切断され難い柵部材を提供する。
【解決手段】柵部材１０は、難切断繊維を含む補強繊維にマトリクス樹脂組成物を含浸させた繊維強化樹脂の硬化物からなる棒状の芯材１１と、不織布を備えた表面層１２とからなる。表面層１２は、芯材１１を構成している繊維強化樹脂に含まれるマトリクス樹脂組成物の一部が不織布に含浸して硬化した硬化物からなる。芯材１１と表面層１２とは、両者に跨って連続して存在するマトリクス樹脂組成物の硬化物によって一体化されている。
【選択図】図２

Description

本発明は柵部材に関する。

例えば飛行場等の屋外施設にあっては、施設内への侵入を防止するために周囲に防護柵が設けられている。このような柵は、簡単に乗り越えることができないような高さを有し、上部に忍び返しと呼ばれる尖った部材が設けられることもある。

従来の柵部材として下記特許文献１には、繊維強化プラスチック製の枠部材にプラスチック製の網を張設した非金属製フェンスが記載されている。該特許文献１には繊維強化プラスチックの材料についての記載は無い。
空港の防護柵として、ガラス繊維強化プラスチック（製品名：プラアロイ、旭硝子マテックス社製）からなる柵部材で構成されたものが公知である。
特開２０００−１９２６９４号公報

飛行場等への侵入防止策に対する要求は年々高くなり、鋸のような簡単に隠し持てる刃物を用いて柵を切断して侵入する場合も想定して、切断され難い防護柵の開発が求められている。
ガラス繊維強化プラスチックで構成された防護柵は、金属製のフェンスに比べて耐食性は高いが、刃物による切断防止という性能においては不充分である。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、耐食性が良好であるとともに、刃物によって切断され難い柵部材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の柵部材は、難切断性を有する難切断繊維を含む補強繊維に、マトリクス樹脂組成物を含浸させた繊維強化樹脂を用いて形成したことを特徴とする。

本発明によれば、耐食性および耐候性が良好であるとともに、刃物によって切断され難い柵部材が得られる。

図１は、例えば飛行場の周囲に設けられる防護柵の一例を示した斜視図である。図中符号１は支柱、２は胴縁、３は格子をそれぞれ示す。支柱１の上部は屈曲して傾斜部１ａとなっており、隣り合う支柱の傾斜部１ａの間を架け渡すように忍び線４が張設されている。
本発明にかかる繊維強化樹脂は刃物で切断されにくいという特性を有するため、柵を構成する柵部材のうち、露出して設置される部材に好適であり、特に侵入時に切断の対象とされやすい部材に適用することがより好ましい。
図１の例では支柱１、胴縁２および格子３を、本発明における柵部材として適用することが好ましく、少なくとも格子３に本発明を適用することが好ましい。
支柱１、胴縁２および格子３の形状および寸法は用途等に応じて適宜設定できる。例えば、飛行場を囲う防護柵の場合、支柱１、胴縁２および格子３の形状は特に制限されないが、丸棒状が好ましい。太さは特に制限されないが、支柱１の直径は５０〜１３０ｍｍ、胴縁２の直径は１０〜５０ｍｍ、格子３の直径は５〜２５ｍｍが好ましい。

図２は本発明の柵部材の一実施形態を示す断面図である。本実施形態の柵部材１０は、難切断繊維を含む補強繊維にマトリクス樹脂組成物を含浸させた繊維強化樹脂の硬化物からなる棒状の芯材１１と、不織布を備えた表面層１２とからなっている。表面層１２は、芯材１１を構成している繊維強化樹脂に含まれるマトリクス樹脂組成物の一部が不織布に含浸して硬化した硬化物からなる。すなわち芯材１１と表面層１２とは、両者に跨って連続して存在するマトリクス樹脂組成物の硬化物によって一体化されている。
但し、表面性を向上させる表面層１２は必須ではない。不織布の材質は特に限定されない。不織布の目付けも特に制限されないが２０〜１４０ｇ／ｍ^２が好ましい。

＜繊維強化樹脂＞
芯材１１を構成している繊維強化樹脂は、補強繊維にマトリクス樹脂組成物を含浸させたものである。すなわち、芯材１１はマトリクス樹脂組成物の硬化物と補強繊維とからなっている。
［補強繊維］
（難切断繊維）
繊維強化樹脂を構成する補強繊維には、難切断性を有する難切断繊維が含まれる。本発明における難切断繊維は、ガラス繊維以外の繊維であって、刃物で切断され難い性質を有する繊維である。具体的には靭性が大きい繊維が用いられる。ここで、靭性とは、材料の粘り強さをいい、靭性を量的に表すには、繊維の応力−ひずみ線曲線において破断点まで囲む面積に相当する「全ひずみエネルギー」の値を用いることができる（参考文献：ＦＲＰ用語解説、社団法人強化プラスチック協会発行、１９８３年、７６頁）。「全ひずみエネルギー」の値が大きい程、靭性が高く、難切断性が高い。具体的に、難切断繊維は、単位面積、単位長さ当たりの全ひずみエネルギーが５N・mm以上が好ましく、１０N・ｍｍがより好ましく、１５N・mm以上がさらに好ましい。

（ひずみエネルギーの求め方）
例えば図３に示すような、引張り試験により得られる応力−ひずみ線曲線において、破断点まで囲む面積（全ひずみエネルギー）を積分法により算出する。図３において縦軸は応力（単位：Ｎ／ｍｍ^２）で、横軸はひずみ（ε、単位は無次元）である。例えば１ｍｍ^２の試験片において、伸び率（ひずみ）が４［％］、その時の応力が１０００［Ｎ／ｍｍ^２］の場合、試験片は０．０４ｍｍ伸びることになる。よって、伸び率（ひずみ）４［％］におけるひずみエネルギーは１０００［Ｎ］×０．０４［ｍｍ］＝４０［Ｎ・ｍｍ］となる。
図３において、全ひずみエネルギー（U）は、Ｙ＝Ｆ（ｘ）で表される応力−ひずみ線曲線と、Ｘ＝ε_MAX（ε_MAXは破断点におけるひずみの値）で表される直線と、横軸とで囲まれる面積（図中、斜線部で示す。）に相当し、下記数式（１）により求められる。

難切断繊維は、具体的には、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）、ポリビニルアルコール繊維（ＰＶＡ繊維）、および金属繊維が挙げられる。難切断繊維は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記に挙げたうちで、耐切断強度の点からはアラミド繊維および金属繊維が特に好ましい。金属繊維の具体例としては銅線、アルミ線、鋼線（ピアノ線含む。）等が挙げられる。
また電波障害を生じ難い点からは、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維およびポリビニルアルコール繊維から選ばれる１種以上の非金属繊維が好ましい。

難切断繊維は、連続繊維（長繊維）、短繊維、またはクロス材を用い、芯材１１の長さ方向の全部において難切断繊維が存在するように配する。難切断繊維の太さは所望の耐切断強度が得られる太さであればよく特に制限されないが、製造性およびコストも考慮すると、非金属繊維の場合は、繊度が５〜１５０００ｔｅｘ程度が好ましい。金属繊維の場合は線径が０．１〜４ｍｍ程度が好ましい。
なお、モノフィラメントを絡ませた形態である不織布は、本発明における補強繊維には含まれない。

（ガラス繊維）
補強繊維には上記難切断繊維の他に、ガラス繊維が含まれてもよい。ガラス繊維としては、短繊維、長繊維のいずれでもよい。ガラス繊維としては、Ｅ−ガラス繊維、S−ガラス繊維、耐アルカリガラス繊維等からなるヤーン、ロービング、ロービングクロス、ニットファブリック、すだれ、ＣＳＭ（コンティニュアス・ストランド・マット）、ＣＭ（チョップド・ストランド・マット）、ニットマット、ストランドがより好ましい。また、ガラス繊維のフィラメント径は６〜３５μｍ（好ましくは１１〜２７μｍ）、ストランド番手１００〜１００００ｔｅｘが好ましい。

繊維強化樹脂に含まれる補強繊維全体のうち難切断繊維が占める割合は、要求される耐切断性を達成できる範囲で決めるものとする。難切断繊維が非金属繊維の場合は５体積％以上が好ましく、１０体積％以上がより好ましく、２５体積％以上がさらに好ましい。難切断繊維が金属繊維の場合は０．２体積％以上が好ましく、０．８体積％以上がより好ましく、１．３体積％以上がさらに好ましい。いずれの場合も上記下限値以上とすることにより柵部材の良好な耐切断性が得られる。
補強繊維全体のうち難切断繊維が占める割合が大きいほど耐切断性は向上する。該難切断繊維の割合の上限は１００体積％でもよいが、コスト低減の点からは、要求される耐切断性を達成できる範囲で難切断繊維の割合を小さくすることが好ましい。例えば該難切断繊維の割合が、９５体積％以下が好ましく、７０体積％以下がより好ましく、６０体積％以下がさらに好ましい。

［マトリクス樹脂組成物］
マトリクス樹脂組成物はマトリクス樹脂を主成分として、その他に必要に応じた添加剤が配合されている。
マトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれもが使用でき特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ジアリルフタレートなどの熱硬化性樹脂；ナイロン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は１種単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでも、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。
マトリクス樹脂組成物に配合される添加剤は公知のものを適宜用いることができる。具体例としては、充填剤、硬化剤、離型剤、着色剤等が挙げられる。

本発明に係る繊維強化樹脂（１００体積％）における、補強繊維の含有率は３０〜８０体積％が好ましく、４０〜７０体積％がより好ましく、４５〜６５体積％がさらに好ましい。補強繊維の含有率を上記範囲の下限値以上とすることにより、柵部材における良好な引張強度および曲げ強度が得られる。上記範囲の上限値以下とすることにより、補強繊維とマトリクス樹脂組成物の量的なバランスが良くなり、良好な成形性、引張強度および曲げ強度が得られる。

［製造方法］
本発明にかかる繊維強化樹脂を硬化させて柵部材を製造する方法は、マトリクス樹脂組成物を補強繊維に含浸させ、所望の形状に成形して、マトリクス樹脂組成物を硬化させる工程を有する成形法により製造できる。具体的な成形法としては、ハンドレイアップ成形法、レジンインジェクション成形法、フィラメントワインディング成形法、引抜き成形法、プレス成型法、押し出し成型法、インジェクション成型法、インフュ−ジョン成型法、シートワインディング成型法等が挙げられる。これらのうちでも生産性が良い点から、フィラメントワインディング成型法、シートワインディング成型法、引抜き成形法が好ましく、さらに連続的に成型できる点から、引抜き成型法が特に好ましい。

引抜き成型法で製造する場合、具体的には、難切断繊維とガラス繊維を所定の速度で引き取りながら、マトリクス樹脂組成物中を通過させることによって、これらの繊維にマトリクス樹脂組成物を含浸させる。続いて、マトリクス樹脂組成物が含浸した難切断繊維およびガラス繊維を不織布とともに加熱成型金型内に導入し、ここを通る間にマトリクス樹脂を硬化させる。このとき、加熱成型金型内の進行方向に垂直な断面において、マトリクス樹脂組成物が含浸した補強繊維（難切断繊維およびガラス繊維）の周囲が不織布で包囲された状態となるように、ガイドを用いて補強繊維および不織布を加熱成型金型内へ案内する。
加熱成型金型内において、不織布にもマトリクス樹脂組成物が含浸した状態で該マトリクス樹脂組成物が硬化され、長尺の硬化物となる。該硬化物は引取り装置によって連続的に引抜かれる。得られた長尺の硬化物は切削加工されて柵部材となる。

本実施形態の柵部材１０は、補強繊維にマトリクス樹脂組成物を含浸させた後に硬化した芯材１１と、不織布にマトリクス樹脂組成物を含浸させた後に硬化した表面層１２とからなる。したがって、金属製の柵部材に比べて耐食性に優れている。また、芯材１１を構成している補強繊維は難切断繊維を含んでいるので、刃物によって切断され難い。例えば、従来のガラス繊維強化プラスチックからなる柵部材よりも耐切断性に優れている。好ましくは、従来のガラス繊維強化プラスチックからなる柵部材と比べて、鋸での切断に要する時間が２倍以上である柵部材を実現することができる。したがって耐食性に優れるとともに、刃物による切断も防止できる高性能の防護柵を提供できる。
また特に難切断繊維としてアラミド繊維などの非金属繊維を用いると電波障害を生じ難いため、飛行場の周囲に設けられる防護柵に好適である。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［配合例１：マトリクス樹脂組成物の配合］
不飽和ポリエステル樹脂（日本ユピカ社製、製品名７５９６）１００質量部に、充填剤として炭酸カルシウム（ニッチツ社製、製品名：ＮＡ１２００）２５質量部、硬化剤としてＢＰＯ（ベンゾイルパーオキサイド）（日本油脂社製、製品名：ナイパーＮＳ、純度４０質量％）３質量部とｂｉｓ−ｐｅｒｏｘｙ−ｄｉｃａｒｂｏｎａｔｅ（化薬アクゾ社製、製品名：パーカドックス１６）０．８質量部、および離型剤としてリン酸エステル（アクセル社製、製品名：ＰＳ−１２５）０．５質量部を混合してマトリクス樹脂組成物とした。

［補強繊維］
難切断繊維としてアラミド繊維の長繊維（東レ・ＤｕＰｏｎｔ社製、製品名：ｋｅｖｒａ４９、繊度８００ｔｅｘ）、およびピアノ線（鈴木金属工業社製、線径１ｍｍ、品種：ＳＷＰ−Ａ、鋼種：ＳＷＲＳ８２Ａ、鋼番：Ｄ６０３３７）を用意した。その他の補強繊維としてガラス繊維（ＯＷＥＮＳＣＯＲＮＩＮＧ社製、製品名：Ｒ２２２０ＴＭＦ０８、繊度２２００ｔｅｘ、長繊維）を用意した。尚、各々の単位面積、単位長さ当たりのひずみエネルギーはアラミド繊維約３６［Ｎ・ｍｍ］、ピアノ線約２８［Ｎ・ｍｍ］、ガラス繊維約１４［Ｎ・ｍｍ］である。

［不織布］
ポリエステルからなる不織布（ＤｕＰｏｎｔ社製、製品名：８０１０Ｈ、目付け４４ｇ／ｍ^２）を用意した。

（例１）
引抜き法で、図２に示す構成を有する丸棒状の柵部材（格子）を製造した。補強繊維は長繊維（連続繊維）を用い、柵部材の長さ方向に平行となるように配した。柵部材（格子）の外径は表面層も含めて８ｍｍとした。
補強繊維としてガラス繊維２０本とアラミド繊維１４本を用いた。補強繊維全体のうちガラス繊維が占める割合は６９体積％であり、アラミド繊維が占める割合は３１体積％である。
まず、上記配合例１のマトリクス樹脂組成物を補強繊維に含浸させて、補強繊維（ガラス繊維とアラミド繊維の合計）の含有率が５０体積％である繊維強化樹脂を得た。
次いで内径８ｍｍの貫通孔を有する金型を予め１３０℃に温度設定しておき、該金型に繊維強化樹脂および不織布を通しながらマトリクス樹脂組成物を硬化させ、該金型から柵部材（格子）を引抜き速度５０ｃｍ／分で引抜いた。

（例２〜４）
ガラス繊維とアラミド繊維の本数を表１に示す通りに変更した他は例１と同様にして柵部材（格子）を製造した。例４はアラミド繊維を用いない比較例である。
補強繊維全体積（ガラス繊維の体積＋アラミド繊維の体積）のうちアラミド繊維が占める割合（単位：体積％）は表１の通りである。繊維強化樹脂における補強繊維の含有率はいずれも５０体積％とした。

（耐切断性の評価）
例１〜４で得られた柵部材（格子）を、鋼製鋸刃（不二越社製、製品名：「ＨＡＮＤＨＡＣＫＳＡＷＢＬＡＤＥＳ」ＮＡＣＨＩＴＨ、長さ２５０ｍｍ）を用いて同じ作業員が手動で切断し、完全に切断するのに要した時間（切断時間）を測定した。その結果を表１に示す。

表１の結果に示すように、補強繊維としてガラス繊維のみを用いた例４に比べて、ガラス繊維とアラミド繊維を用いた例１〜３は切断時間が増大しており、耐切断性が向上したことがわかる。特に、補強繊維全体のうちアラミド繊維が占める割合が１０体積％以上である例１、２は、例４に比べて切断時間が２倍以上に増大しており、充分な耐切断性を有していることがわかる。

（例５）
難切断繊維として金属繊維であるピアノ線を用いて柵部材（格子）を作製した。
すなわち、補強繊維として、ガラス繊維３４本（２２００ｔｅｘ）とピアノ線１本を用いた他は例１と同様にして柵部材（格子）を製造した。補強繊維全体のうちガラス繊維が占める割合は９７体積％であり、ピアノ線が占める割合は３体積％である。繊維強化樹脂における補強繊維の含有率は５０体積％とした。
例１と同様にして耐切断性の評価を行ったところ、上記鋼製鋸刃で切断することができなかった。

防護柵の例を示す斜視図である。本発明の柵部材の一実施形態を示す断面図である。全ひずみエネルギーの求め方を説明するためのグラフである。

符号の説明

１…支柱（柵部材）、
２…胴縁（柵部材）、
３…格子（柵部材）、
１０…柵部材、
１１…芯材、
１２…表面層。

Claims

難切断性を有する難切断繊維を含む補強繊維に、マトリクス樹脂組成物を含浸させた繊維強化樹脂を用いて形成したことを特徴とする柵部材。
前記補強繊維がガラス繊維を含む請求項１記載の柵部材。
前記難切断繊維が、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、およびポリビニルアルコール繊維からなる群から選ばれる１種以上であり、前記補強繊維の５体積％以上が難切断繊維である請求項１または２に記載の柵部材。
前記難切断繊維が金属繊維であり、前記補強繊維の０．２体積％以上が難切断繊維である請求項１または２に記載の柵部材。