JP6943583B2

JP6943583B2 - 複合部材

Info

Publication number: JP6943583B2
Application number: JP2017048237A
Authority: JP
Inventors: 刈茅　孝一; 孝一刈茅; 直人浪花
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP2018149754A

Description

本発明は、積層木材を用いて構成される複合部材に関する。

近年、クロス・ラミネイティド・ティンバー（Cross-Laminated- Timber（ＣＬＴ））が、建築物を構成する柱、梁、壁、床等の材料として用いられている。

ＣＬＴは、例えば、２０〜４０ｍｍの厚さの木材片を１層毎に木目方向をクロスさせて接着剤で張り合わせて、総厚さ３６〜５００ｍｍ程度の建築用集成部材である。ＣＬＴは、通常、木材片を複数層、積層接着させているため、木材と同様の性質を有する。

例えば、特許文献１には、複数の板状の木材を、配向方向を揃えつつ幅方向に並べて接着することでラミナ層を構成し、該ラミナ層の配向方向を互いに直交させながら３層以上重ねて接着したＣＬＴにおいて、最表面に配された表面ラミナ層と最裏面に配された裏面ラミナ層との間に、少なくとも１層の軽量気泡コンクリートパネルが介在された構成について開示されている。このような構成によれば、従来のＣＬＴよりも耐火性を向上させることができる。

特開２０１６−２０４９５８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、以下に示すような問題点を有している。

すなわち、ＣＬＴなどの積層木材は、通常使用時には、強度の面等において優れた性能を示す一方で、水環境下では膨張して反ったり表面が凹凸になったりする等、寸法精度、耐水性の面で課題があった。また、積層木材は、菌などに弱く防食性、防菌性の面、あるいは紫外線（ＵＶ）に弱く耐候性の面でも課題があった。

このような課題に対して、耐候性や耐水性の高い油性の塗料などを積層木材の表面に塗布することで、上記課題を解決することも可能である。

しかし、表面に塗装することで、木目調が覆い隠されてしまうため、木のぬくもりなどが失われるという課題があった。

本発明の課題は、積層木材の木目を活かしつつ、木材が持つ各種課題を解消することが可能な複合部材を提供することにある。

第１の発明に係る複合部材は、積層木材と、繊維強化シートと、を備えている。積層木材は、複数の板材を厚み方向に積層して構成される。繊維強化シートは、繊維を含む樹脂製のシートであって、積層木材の表面に貼り付けられる。繊維強化シートは、透過率が７０％以上の繊維に硬化状態における透過率が７０％以上の樹脂が含浸されて構成されている。

ここでは、例えば、ＣＬＴ（Cross-Laminated- Timber）やＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）等の積層木材の表面に、透過性が高い繊維強化シートを配置している。

ここで、上記積層木材とは、例えば、木目の方向を揃えて接合された複数の木材片を平面方向に接合した板材が厚み方向において木目の方向が交差するように積層されて構成されるＣＬＴや、木目の方向を揃えて接合された複数の板材が厚み方向に積層されて構成されるＬＶＬ等が含まれる。

また、上記繊維強化シートとは、積層木材の表面に貼り付けられる透過性の高い樹脂性のシートであって、例えば、ガラス繊維、ビニロン繊維等の透過性の高い繊維に、ポリエステル等の硬化状態における透過性の高い樹脂を含浸させて形成されている。

なお、繊維強化シートは、複合部材の用途等に応じて、積層木材の外表面全体を覆うように貼り付けられてもよいし、外部に露出する積層木材の一部の面を覆うように貼り付けられてもよい。

これにより、７０％以上の透過率を有する繊維と硬化状態における透過率が７０％以上の樹脂とを用いて形成される繊維強化シートによって、ＣＬＴ等の積層木材の表面を覆うことで、積層木材の表面の木目を活かしつつ、耐水性に優れた木質材料を得ることができる。

この結果、強度面等に優れた積層木材と透過が高い繊維強化シートを組み合わせることで、強度面等の基本物性と積層木材の木目を活かしたデザイン性とを兼ね備えた木質材料を提供することができる。

第２の発明に係る複合部材は、第１の発明に係る複合部材であって、繊維強化シートは、紫外線硬化剤を含む。

ここでは、繊維強化シートに、紫外線（ＵＶ）によって樹脂を硬化させる紫外線硬化剤を添加している。

これにより、積層木材の表面を覆う繊維強化シートを形成する樹脂を紫外線によって硬化させることができる。

この結果、繊維強化シートが貼り付けられた積層木材が紫外線から受ける影響を低減して、耐候性を向上させることができる。

第３の発明に係る複合部材は、第１または第２の発明に係る複合部材であって、板材は、木目の方向を揃えて平面方向に接合された複数の木材片によって構成されている。積層木材は、板材の木目方向が交差するように積層された直交集成板で構成されている。

ここでは、積層木材が、木目の方向を揃えて接合された複数の木材片を平面方向に接合した板材を、厚み方向において木目方向が直交するように積層して構成されている。

これにより、例えば、ＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）等の特定の方向に木目方向を揃えた板材を積層した木質材料と比較して、寸法精度を向上させるとともに、異方性を解消して強度面等の基本物性を向上させることができる。

第４の発明に係る複合部材は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る複合部材であって、繊維は、ガラスもしくはビニロンによって形成されている。

ここでは、繊維強化シートに含まれる繊維として、ガラス、ビニロンを用いている。

これにより、透過率の高い繊維を用いて、繊維強化シートを形成することができる。

第５の発明に係る複合部材は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る複合部材であって、積層木材の表面粗度は、１０〜２５μｍである。

ここでは、表面粗度（算術表面粗さ）が所定の範囲内になるように積層木材の表面を加工している。

これにより、繊維強化シートを貼り付ける際の密着性等の性能を向上させることができる。

第６の発明に係る複合部材は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る複合部材であって、繊維強化シートは、フッ素系樹脂層もしくはアクリル系樹脂層を含む。

ここでは、例えば、繊維強化シートの表面に、フッ素系樹脂層あるいはアクリル系樹脂層を形成する。

これにより、フッ素系樹脂層あるいはアクリル系樹脂層によって、さらに耐候性を向上させた複合部材を得ることができる。

本発明に係る複合部材によれば、積層木材の木目を活かしつつ、積層木材が持つ各種課題を解消することができる。

本発明の一実施形態に係る複合部材の構成を示す斜視図。図１の複合部材を構成するＣＬＴの製造過程を示す斜視図。図１の複合部材を構成するＣＬＴ上に繊維補強シートが貼り付けられる工程を示す斜視図。図１の複合部材の正面図。図４のＡ部分の拡大図。

本発明の一実施形態に係る複合部材１０について、図１〜図５を用いて説明すれば以下の通りである。

本実施形態に係る複合部材１０は、図１に示すように、ＣＬＴ（積層木材）２０と繊維強化シート３０とを組み合わせて構成された木質材料であって、主に、建築材料として用いられる。

ここで、ＣＬＴとは、クロス・ラミネイティッド・ティンバー（Cross Laminated Timber）の略称であって、木目方向を平行にして木材片（ラミナ）を配置した板材を、繊維方向が直交するように積層接着した木質系材料である。ＣＬＴは、容易に厚みがあって大面積の板材を形成することができ、強度面でも優れているため、建築構造材、土木用材料、家具等にも使用される。

また、ＣＬＴは、構造躯体として建物を支えると共に、断熱性や遮炎性、遮熱性、遮音性などの複合的な効果も期待できる。さらに、ＣＬＴは、木の表面をそのまま見せることで、木目や木の肌触りを感じることができる。

ＣＬＴを構成する木材は、持続可能な循環型資源であって、森林資源を有効活用した省ＣＯ_２型の建築材料として使用される。

その他、ＣＬＴを用いることで、工場内で一部の材料を組み立ててから現場に搬入するプレファブ化による施工工期短縮が期待できるとともに、接合具がシンプルなので熟練工でなくとも施工も容易に行うことができる。

また、ＣＬＴは、災害時の仮設用住宅にパーツとして保管することで、必要な時に組み立てて利用することもできるとともに、ＲＣ造等と比較して軽量な構造材としても利用しやすいという特徴がある。

ＣＬＴ２０は、図２に示すように、複数の木材片２２が平面方向に接着されて形成された複数の板材２１ａ〜２１ｅを積層して構成されている。具体的には、ＣＬＴ２０は、図２に示すように、５枚の板材２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅが、それぞれ木材片２２が持つ木目２２ａの方向が直交するように、厚み方向において交互に積層されて構成されている。

これにより、ＣＬＴ２０は、異方性を解消し、寸法精度優れた木質材料として使用することができる。

板材２１ａ〜２１ｅは、木材片２２が持つ木目２２ａの方向が揃うように配置された状態で平面方向に接着されて、それぞれ構成されている。なお、本実施形態では、板材２１ａ〜２１ｅは、それぞれ３枚の木材片２２が幅方向（平面方向）に接着されて構成されている。

なお、板材２１ａ〜２１ｅを構成する木材片２２は、幅方向だけでなく長手方向において複数接着されていてもよい。

木材片２２は、図２に示すように、それぞれが木目２２ａの向きが長手方向に沿って配置された状態で、幅方向において接着されて、板材２１ａ等を構成している。

ここで、本実施形態の複合部材１０では、ＣＬＴ２０の表面粗度（算術平均粗さ）が１０〜２５μｍの範囲内になるように、表面プレーナ加工が施されている。

これにより、繊維強化シート３０を貼り付ける際に、ＣＬＴ２０側の表面が適度な表面粗度になっているため、ＣＬＴ２０側の貼り付け面に対する繊維強化シート３０の密着性を向上させることができる。

繊維強化シート３０は、ＣＬＴ２０の耐水性、耐候性等の性能を向上させるために用いられる略透明な樹脂製のシートであって、図３に示すように、ＣＬＴ２０の上面（外表面）に貼り付けられる。具体的には、繊維強化シート３０は、図４に示すように、ＣＬＴ２０を構成する板材２１ａ〜２１ｅのうち、最も上方に配置された板材２１ａの表面に貼り付けられる。また、繊維強化シート３０は、図５に示すように、基材３０ａと、その表面に形成されたフッ素系樹脂層３０ｂとを有している。

基材３０ａは、ガラス繊維にビニルエステル樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を含浸させて形成されたシート状の基材部分であって、表面にフッ素系樹脂層３０ｂが形成されている。

基材３０ａに含まれるガラス繊維としては、例えば、９０％程度の透過度を有し、電気的安定性があり機械的特性に優れた無アルカリガラス（Ｅガラス）を用いることができる。また、ガラス繊維は、基材３０ａの単位面積当たりの質量（目付）が１００〜１５００ｇ／ｍ^２の範囲になるように混入されている。

また、基材３０ａを構成する樹脂としては、例えば、８０％以上の透過度を有するビニルエステル樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を用いることができる。

これにより、透過率が高い繊維強化シート３０が貼り付けられているため、ＣＬＴ２０を構成する木材片２２の表面の木目２２ａが繊維強化シート３０によって見え難くなることはない。よって、木目２２ａを活かしつつ、耐水性、耐候性等に優れた建築材料として、複合部材１０を使用することができる。

なお、繊維強化シート３０を構成する繊維および樹脂の透過度としては、ＣＬＴ２０の表面に現れる木目が見える程度であればよく、例えば、それぞれ７０％以上の透過度を有していればよい。

さらに、基材３０ａを形成する樹脂には、紫外線硬化剤が含まれている。

紫外線硬化剤としては、例えば、ＢＡＳＦ社製アセトフェノン系の紫外線硬化剤（商品面：イルガキュア１２７）を用いることができる。

これにより、繊維強化シート３０を構成する樹脂が硬化する際に紫外線を用いて硬化させることができるため、使い勝手を向上させることができる。

さらに、繊維強化シート３０によって紫外線を吸収するため、ＣＬＴ２０に対する紫外線の影響を低減することができる。よって、さらに耐候性に優れた複合部材１０を得ることができる。

フッ素系樹脂層３０ｂは、基材３０ａの表面のトップコートとして形成されている。そして、フッ素系樹脂層３０ｂとしては、例えば、フッ素系保護コーティング材（オブリガード（登録商標）：ＡＧＣコーテック社製）等を用いることができる。

＜複合部材１０の製造工程＞
本実施形態の複合部材１０は、以下の工程によって製造される。

すなわち、まず、ＣＬＴ２０の表面にパテ状の専用プライマが塗布された後、すぐに繊維強化シート３０が貼り付けられる（図３参照）。

なお、専用プライマとしては、ウレタンプレポリマーとビニルエステルの２層塗り、もしくはビニルエステル１層塗りを用いることができる。

次に、ＣＬＴ２０の表面と繊維強化シート３０との間に混入した空気を抜く脱泡処理が行われる。

次に、繊維強化シート３０の表面に紫外線を照射して、繊維強化シート３０を硬化させる。

ここで、ＣＬＴ２０の表面（貼付け面）は、表面粗度が１０〜２５μｍの範囲内になるように、表面プレーナ加工が施されている。

これにより、ＣＬＴ２０の表面に繊維強化シート３０が密着性の高い状態で貼り付けられた複合部材１０を製造することができる。

さらに、本実施形態の複合部材１０を屋外で使用する場合には、繊維強化シート３０の表面にフッ素系樹脂層３０ｂを設けてもよい。

この場合には、紫外線がＣＬＴ２０を構成する木材片２２に与える悪影響を低減して、耐候性に優れた複合部材１０を得ることができる。

＜主な特徴＞
本実施形態の複合部材１０では、以上のように、ＣＬＴ２０の表面に透過率が高い繊維強化シート３０を貼り付けたことで、ＣＬＴ２０を構成する木材へ外部から水分や湿気等が浸入することを防止することができる。

よって、ＣＬＴ２０を構成する木材片２２が、水分によって、腐食、膨張してしまうことを防止する防水効果を得ることができる。

また、本実施形態の複合部材１０は、ＣＬＴ２０の表面に貼り付けられる繊維強化シート３０は、透過率７０％以上の繊維に硬化状態における透過率が７０％以上の樹脂を含浸させて形成されている。このため、ＣＬＴ２０を構成する板材２１ａ〜２１ｅに含まれる木材片２２の木目２２ａを活かしつつ、防水性、耐候性等の性能を向上させた複合部材１０を建築材料として用いることができる。

また、強化繊維が面内等法に分散された繊維強化シート３０をＣＬＴ２０の表面に貼り付けることで、屋外等での使用時に発生するＣＬＴ２０の反り、曲がり等の変形を抑制することができる。さらに、繊維強化シート３０を用いることで、既存の塗装膜と比較して、外力による剥がれやクラック発生の少ない状態を、より長い期間、保持することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、木目の方向を揃えて接合された複数の木材片を平面方向に接合した板材が厚み方向に積層されて構成された積層木材として、木材片２２の木目の方向を揃えて平面方向に接合された板材２１ａ〜２１ｅを、木目の向きが直交するように交互に積層したＣＬＴ２０を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、木目の向きを直交させるように板材を交互に積層した構成に限らず、木目の方向が一致するように揃えて板材を積層したＬＶＬ等の積層木材を用いてもよい。

また、所定の方向に沿って全ての木材片の木目が配置されるように構成された集成材を積層木材として用いて複合部材を構成してもよい。

（Ｂ）
上記実施形態では、ＣＬＴ（積層木材）２０の上面に対して、繊維強化シート３０を貼り付けて構成される複合部材１０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ＣＬＴ等の積層木材の上面だけでなく、その他の外表面まで覆うように、繊維強化シートを貼り付けた構成であってもよい。

この場合には、積層木材の上面だけでなく、その他の外表面が繊維強化シートによって覆われることで、さらに耐水性、耐候性等に優れた複合部材を得ることができる。

（Ｃ）
上記実施形態では、外表面にフッ素系樹脂層を設けた繊維強化シート３０を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、フッ素系樹脂層の代わりに、外表面にアクリル系樹脂層を設けた繊維強化シートを用いてもよい。

この場合でも、フッ素系樹脂層と同様に、さらに複合部材の耐候性を向上させることができるという効果を得ることができる。

（Ｄ）
上記実施形態では、外表面にフッ素系樹脂層を設けた繊維強化シート３０を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、外表面にフッ素系樹脂層等のトップコート層を設けていない繊維強化シートを用いてもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、繊維強化シート３に含まれる繊維として、ガラス繊維を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ガラス繊維の代わりに、ビニロン等の他の繊維を含む繊維強化シートを用いてもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、繊維強化シート３０を構成する樹脂として、紫外線硬化剤を含んでおり紫外線に反応して硬化する紫外線硬化型の樹脂を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、紫外線硬化剤を含んでいない熱可塑性の繊維強化シートを用いてもよい。

本発明の複合部材は、層木材の木目を活かしつつ、積層木材が持つ各種課題を解消することができるという効果を奏することから、各種の建築材料として広く活用が期待される。

１０複合部材
２０ＣＬＴ（積層木材）
２１ａ〜２１ｅ板材
２２木材片
２２ａ木目
３０繊維強化シート
３０ａ基材
３０ｂフッ素系樹脂層

Claims

複数の板材を厚み方向に積層して構成される積層木材と、
繊維を含む樹脂製のシートであって、前記積層木材の表面に貼り付けられる繊維強化シートと、
を備え、
前記板材は、木目方向を揃えて平面方向に接合された複数の木材片によって構成され、前記積層木材は、前記木目方向が交差するように前記板材を積層して構成された直交集成板で構成され、
前記積層木材の前記表面の算術平均粗さが、１０〜２５μｍであり、
前記繊維強化シートは、可視光線透過率が７０％以上の繊維に、硬化状態における可視光線透過率が７０％以上の樹脂を含浸させて構成された基材を有し、前記繊維は、前記基材の単位面積当たりの質量が１００〜１５００ｇ／ｍ^２の範囲になるように混入されている、
複合部材。
前記繊維強化シートは、紫外線硬化剤を含む、
請求項１に記載の複合部材。
前記繊維は、ガラスもしくはビニロンによって形成されている、
請求項１または２に記載の複合部材。
前記繊維強化シートは、フッ素系樹脂層もしくはアクリル系樹脂層を含む、
請求項１から３のいずれか１項に記載の複合部材。