JP5561958B2 - 木質系複合材料およびその用途 - Google Patents
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Description
木質材料片となる原料材としては、その樹種が、スギとヒノキであるものを併用するのがよく、原料材に利用できる形態としては、特に限定されないが、例えば、上記樹種の丸太、間伐材等の生材料、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材等が挙げられる。
木質材料片は、スギとヒノキの細長い木質片を少なくとも10重量%、中でも30重量%以上含むもの、とりわけ樹種がスギとヒノキのみからなるものが好ましく、その他木質片については、特に制限されず、建築解体材由来の木質片も使用することができる。
木質材料片におけるスギ木質片とヒノキ木質片との含量比は質量基準で10:90〜90:10の範囲であるのが好ましい。
また、スギおよび/またはヒノキは、間伐材であるのが好ましく、特にスギおよびヒノキとも間伐材であるのが好ましい。
木質材料片の比重が0.3未満であると、木質が腐敗しているなどのため十分な強度が得られなかったり、成形時の圧密処理を十分に行うことができず、十分な強度が得られないし、また0.6を越えると、木質材料片が固く、所望する構造材等としての成形が難しくなる。
また、木質材料片の長さが20mm未満であると、構造材等として使用する場合、軸方向の強度が不十分となるし、また、150mmを越えると、木質材料片を積層したとき、1本の木質材料片の積層交点が増えてしまい、十分に圧密化しにくくなる。
なお、木質材料片は、その長さについて完全には分別できるものではないため、その重量比で、70%以上、好ましくは80%以上に、所定長さのものが含有されていれば十分効果が発揮される。
天然物由来の接着剤としては、具体的には、ゼラチン、カゼイングルー、大豆グルー、にかわ、アルブミン等のタンパク質系接着剤、でんぷん、デキストリン、米糊、グルコマンナンなどのデンプン系接着剤、キチン・キトサンなどの動物系接着剤、セルロース系接着剤、リグニン系接着剤、タンニン系接着剤などが挙げられる。
これらの結合剤は、一種単独で用いてもよいし、また、又は複数種を併用してもよい。
また、結合剤は、液状でも粉末状でも構わないが、液状の場合は一般に木質材料片に噴霧したり、木質材料片と撹拌混合して予め木質材料片に担持させた状態でフォーミング型に供給され、粉末状の場合は、一般に木質材料片と均一に混合した状態で、フォーミング型に供給される。
特に、タンニン系接着剤は、天然木材からの抽出成分であるので木質材料片との親和性が良く、また、適度の粘着性を有し、更に、硬化すると高強度になるので好ましい。タンニン系接着剤はタンニン単独使用で加熱等によって硬化させてもよいが、耐久性が要求される用途においては、アルデヒド系化合物やイソシアネート系化合物、エポキシ系化合物などの架橋剤を併用することが好ましい。タンニン系接着剤を抽出する樹種は特に限定されないが、ラジアータパインやブラックワトル、ミモザ、ケブラチョ、チェスナッツから採取されるものが好ましい。木材から抽出したタンニンが固体の場合には、必要に応じて水や有機溶媒に溶解又は分散させて使用することができる。
結合剤は、木質材料片に対し、質量基準で1〜20%の範囲で用いるのが好ましい。この結合剤の用量が少なすぎると接着が不十分となるし、また、多すぎても材料コストが嵩む割に接着性能が上がらず、外観や釘打ち性能が低下する、外観が木質的でなくなるなどの問題がある。
木質系複合材料は、更には、木質材料片の配向方向と圧縮方向とに垂直な方向を厚さ方向となるようにするのが好ましい。
根太として用いる場合は、長手方向と圧縮方向にそれぞれ垂直な方向を上下方向とすると、上下方向が左右方向より木質材料が均一に配置されており、めり込みに対する耐力が大きく、結合具の通りがよく、結合具の保持力が大きく、水分の吸収による膨張が小さいことから、床下からの水分による変形が小さく、大引き、及び床下地材や床材との結合力が大きい床組ができる。
天井野縁、野縁受けとして用いる場合は、長手方向と圧縮方向にそれぞれ垂直な方向を上下方向とすることが好ましいが、床に比べて水分の影響が少ないため、長手方向と圧縮方向にそれぞれ垂直な方向を水平方向としてもよい。
建具芯材として用いる場合も、間柱と同様の方向で用いるとよい。
水分の吸収による膨張が圧縮方向とそれに垂直な方向で異なる理由は、成形体の圧縮方向に圧密化しており、木質材料片を構成する木質繊維も圧縮方向につぶされている。よって、成形体に水分が入るとつぶされている木質繊維の一部が回復し、圧縮方向の膨張が大きくなる。よって、圧縮方向と垂直な方の膨張が小さくなる。
本発明の木質系材料及び比較のための対照木質系材料を木軸とする表層壁パネルを試験体として下記のとおり作製し、これについて、下記の衝撃強度試験および耐変形性能試験を行った。
(1)試験体
以下の木軸と石膏ボードを、酢酸ビニル系接着剤による接合とタッカー固定とにより組み付けて表層壁パネルとした。
木軸:木質チップの種類が異なる各種木質材であって、次のようにして作製されたもの
細長く破砕された木質チップ100質量部と結合剤(イソシアネート系接着剤)7質量部との混和物を、木質チップを長手方向にほぼ配向させて積層させ、木質チップがその長手方向に対して垂直方向に扁平されて木質材料片の断面積を圧縮させ、結合剤により木質材料片同士を結合させる(密度:0.6〜0.7g/cm2)。
石膏ボード:長さ2,310または2,670mm、幅910mm、厚さ9.5mm
(2)試験方法:(「内装壁ユニット」BLT WU−02:2005」参照)
(財)ベターリビングの優良住宅部品性能試験方法書を参照し、衝撃強度試験を行い、目視と残留変形量測定により評価した。
試験体(表層壁パネル)の上下と高さ方向のほぼ中央とを、鉄骨で組んだユニット枠に組み込んだ矩形状の木枠の上下端部と左右側部に取り付けた横桟とで固定し、パネル高さの下側から約1/4の位置の木軸上に、吊り元から重心までの距離が1000mmになるように紐で吊るした15kgの砂袋を、45°の角度から自然落下させて衝撃を与えた。
これを繰り返し行い、割れや破断等の異常の有無の確認と変形量を測定した。
間仕切り壁のBL規格に準じ、衝撃を5回繰り返した後でも割れや破断等の異常がないこと、及び変形による変位量が高さの1/120以下であることを、合格点とし、割れや破断等の異常の有無については、以下の基準で評価した。
s:スギ(100%)
h:ヒノキ(100%)
k:解体材(100%)
s/h:スギ(50%)/ヒノキ(50%)
s/h/k:スギ(25%)/ヒノキ(25%)/解体材(50%)
スギ、ヒノキは和歌山県産間伐材
解体材は建築解体材(ユキ工業)
◎:10回目まで割れや破断なし
○:5回目まで割れや破断なし
×:5回目までに割れや破断あり
結果を表1に示す。
本発明の木質材及び比較のための対照木質材を木軸とする天井(軸組パネル)を試験体として下記のとおり作製し、これについて、下記の耐変形性能試験を行った。
(1)試験体
以下の木軸と石膏ボードを、酢酸ビニル系接着剤による接合とタッカー固定とにより組み付けて天井(軸組パネル)とした。
木軸:木質チップの種類が異なる各種木質材であって、次のようにして作製された、木質系複合材料からなる。
細長く破砕された木質チップ100質量部と結合剤(イソシアネート系接着剤)7質量部との混和物を、木質チップを長手方向にほぼ配向させて積層させ、木質チップがその長手方向に対して垂直方向に扁平されて木質材料片の断面積を圧縮させ、結合剤により木質材料片同士を結合させる。
野縁は長さ2750mm、幅40mm、厚さ27mmと幅30mm、厚さ20mmの2種類でピッチ303mmで野縁受けに固定する。野縁受けの寸法は長さ1845mm、幅40mm、厚さ27mmでピッチ910mmである。
天井の寸法は2730mm×1820mmである。
石膏ボード:長さ1820mm、幅910mm、厚さ9.5mm
<試験方法>
試験体(天井軸組パネル)を、4本の吊束(27mm×40mm)で支持する天井軸組(パネル)の中央の野縁位置にフック付きネジ(ネジ長さ=35mm)を取り付けてフック先端に掛けた吊下げ金具に以下のように載荷を行い、変位をダイヤルゲージで0.01mm単位で測定する。
載荷点および測定点
載荷は4本の吊束で支持する天井軸組の中央の野縁に行う。変位測定点は載荷点及び載荷する野縁と野縁を支持する野縁受の交差部とする。
1.強度試験
載荷する荷重を98N(10kgf)、196N(20kgf)、245N(25kgf)と順次変えて、載荷後の変位を測定する。
2.経時的耐変形性能試験
147N(15kgf)の荷重を載荷し、載荷直後、1日後、3日後、5日後、7日後、14日後の変位を測定する。
結果を表2、3に示す。
Claims (11)
- スギとヒノキの細長い木質片を少なくとも10重量%と、細長い解体材木質片とを含有する木質材料片と、結合剤とを含む材料からなり、長手方向にほぼ配向された状態で積み重ねられた木質材料片がその積み重ね方向に圧縮、加熱され、結合剤により木質材料片同士が結合されてなり、前記スギとヒノキが生材料であることを特徴とする木質系複合材料。
- 圧縮が、木質材料片の断面積が平均70%以下になるように行われることを特徴とする、請求項1に記載の木質系複合材料。
- スギおよび/またはヒノキが間伐材であることを特徴とする、請求項1または2に記載の木質系複合材料。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる構造材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる準構造材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる造作材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる造作芯材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる面材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる軸組材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる木軸材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の木質系複合材料を用いてなる壁芯材。
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