JP4013615B2

JP4013615B2 - Fiber reinforced plastic composite panel

Info

Publication number: JP4013615B2
Application number: JP2002096918A
Authority: JP
Inventors: 俊弘伊藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003293326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道、道路および建築や土木分野で使用され、大きな面荷重がかかる、防音性能に優れた繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰということがある）製複合パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
騒音は公害の中でも苦情やトラブルが一番多く、環境問題として騒音の防止対策は重要な社会的問題となっている。
【０００３】
一般に、騒音を防止する防音材料には遮音部材と吸音部材の２種類の部材があり、遮音部材は、空気伝播音を反射して音のエネルギーの伝播を断ち切る役割をするもので、遮音性能の指針である音響透過損失特性は、基本的には質量則に従い、質量が大きものほど大きくなる。例えば、鉄道や道路の平地、高架部分には、周知のように沿線地域住民への騒音を緩和する目的で、特開平８−１４４２２７号公報などで開示されているような主としてコンクリート製防音パネルまたは金属製の防音パネルが設置されている。これら材質のものは重量物であることから、質量則に従い、鉄道車輌や自動車から発生する騒音の防止や騒音の拡散に所定の効果が得られるものではあった。故に、軽量化を目的とし、軽量な心材を内包した繊維強化プラスチック製（以下、ＦＲＰと称することもある。）防音パネルが、特公平２−５７６１９号公報や特開平９−１７０２９２号公報に開示されている。これら２件の公報の防音パネルは使用されるところが住宅やビルの外壁であり、比較的騒音レベルが低く、パネルの軽量化達成が容易である。
【０００４】
一方、吸音部材は音のエネルギーを熱エネルギーに変換することによって、音圧を減衰させる役目をするもので、単独では音を遮音する性能が低く、遮音部材と併用するすることにより、遮音性能を良くすることができるため、遮音性能を向上させんとする発明が、特開２０００−８３３１号公報に開示されている。遮音部分はコンクリート製の遮音壁で、その背面に、ＦＲＰ製の吸音板を所定の間隔で離し、中間空気層を設けた構造の防音パネルを提供せんとする発明であるが、新たに設置する場合には防音壁本体がコンクリート製であるため、前述同様重機が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記コンクリート製や金属製の防音パネルは、金属製の防音パネルの場合には、腐朽する等の耐久性に問題があり、コンクリート製の防音パネルの場合には、最近問題となっている鉄筋の錆びによる膨れ・亀裂によるコンクリート小片の剥落がある他、比重が大きく重量物であるが故にその運搬と取付けには取付場所に重機類と専用の取付機械の搬入が必須となり、特に設置場所が鉄道の高架橋の場合には、線路側から防音パネル設置場所に専用の建設機械を接近させることが難しいという問題や、たとえ接近し得たとしてもその取付作業は高架下からの高所作業等が避けられず、危険でもあった。
【０００６】
また、特公平２−５７６１９号公報や特開平９−１７０２９２号公報のＦＲＰ製防音パネルは、前述したように住宅やビルの外壁に用いられるものであり、騒音源が離れており、パネルを取り付けるための小梁が縦横かなりの細かなピッチで設けられており、機械特性（強度・剛性）はそれほど必要がない。しかしながら、鉄道や道路用の防音パネルに用いるには、騒音の発生源が比較的近接しており、騒音レベルも高く、質量則に基づく適正な重量を確保しつつ、小梁もないためパネル自体で自立しながら、単位面積当たり３００ｋｇ／ｍ²〜４００ｋｇ／ｍ²の風圧に耐える必要がある。建築躯体への取付手段も加味し、最適設計をしないと軽量な防音パネルが得られない。さらに、鉄道などの高架橋に防音パネルを設置する場合は、電車などの走行時の躯体の振動による共振を避けなければ、そのものが大きな騒音発生源となることがある。さらに、近年、特に鉄道や道路用に適用されている防音パネルは、隣接する住宅、教育施設への防音対策が一層求められており、回折する音をも小さくするため、防音パネルの高さもますます高くなっている。しかしながら、既存の躯体や梁では、強度面からくる重量制限があり、パネルの高さを大きくすることはできない。また、重量の点を考慮して軽量なアクリル製の防音パネルも採用されているが、比較的短い期間での紫外線劣化を起因とする強度低下によるの耐久性に問題と、そのもの自体は確かに軽量であるが、強度と剛性が小さいため、短い間隔で、支柱や横梁が必要であり、施工費全体としては必ずしも安価とは言えない問題を有している。
【０００７】
また、特開２０００−８３３１号公報のものは、一見遮音性能は優れているが、遮音パネル自体がコンクリート製であり、上述した剥落は回避できない問題を有している。
【０００８】
そこで本発明の課題は、大きな面荷重にも耐えられ、軽量で取扱性に優れるとともに、防音性能および耐久性に優れた繊維強化プラスチック製複合パネルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化プラスチック製（ＦＲＰ）製複合パネルは、繊維強化プラスチック製（ＦＲＰ）製遮音パネル部と、吸音部と、繊維強化プラスチック製（ＦＲＰ）製有孔パネル部の少なくとも三層構造からなり、繊維強化プラスチックの補強繊維として、ガラス繊維および炭素繊維が用いられる繊維強化プラスチックであって、該繊維強化プラスチック製遮音パネル部を形成する繊維強化プラスチック層の厚みの少なくとも５〜２０％が、炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のＦＲＰ製複合パネルは、次の好ましい態様を有している。
(a) 繊維強化プラスチック製遮音パネル部が、相対する繊維強化プラスチック製スキン部材間に芯材を内包するサンドイッチ構造体、または、繊維強化プラスチック製単板の片側または両面に、縦横両方向またはいずれか一方向に実質的に一体化された繊維強化プラスチック製補強部材を有するスチフナ構造体であって、単位巾当たりの曲げ剛性が、（０．１〜１０）×１０^７ｋｇ・ｍｍであり、かつ単位面積当たりの重量が、１０〜６０ｋｇ／ｍ^２であること。
(b) 繊維強化プラスチック製スキン部材または繊維強化プラスチック製単板を形成する繊維強化プラスチック層の厚みの少なくとも５〜２０％が、炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層であること。
(c) 繊維強化プラスチック製スキン部材を形成するマトリックス樹脂が、難燃剤および制振剤の両方またはいずれか一方を含む熱硬化性樹脂からなること。
(d) 繊維強化プラスチック製有孔パネルが、５０〜９０％の開口率を有すること。
(e) 吸音部が、多孔質材料からなること。
【００１１】
本発明のＦＲＰ製複合パネルは、このような繊維強化プラスチック部材で主として形成されるので、基本的に錆の発生の問題がなく、耐食性にも優れているので、耐久性の大幅な向上が可能となり、耐用年数の大幅な延長が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＦＲＰ製複合パネルについて、望ましい実施の形態を説明する。本発明に係るＦＲＰ製複合パネルは、上述した構成を有するが、本発明で用いられるＦＲＰ製遮音パネル部とＦＲＰ製有孔パネル部を構成する、いわゆるＦＲＰ製部分のマトリックス樹脂としては、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、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が好適であり、これらの樹脂中に、層状化合物（例えば、マイカ、二硫化モリブデン、窒化硼素など）や針状化合物（例えば、ゾノトライト、チタン酸カリ、炭素繊維など）、粒状および板状化合物（例えば、フェライト、タルク、クレーなど）等の制振剤を添加することができる。制振剤を添加することによって、無機物結晶同士あるいは無機物とマトリックスとの相互運動による摩擦熱への変換がなされ、上記フィラーを充填することによって弾性率と密度が増大し、振動物体の運動エネルギーを消散させて、パネルの振動を軽減することができる。
【００１３】
また、上記の樹脂中に、難燃剤（例えば、水酸化アルミニウム、臭素、無機質粉等）を添加して、難燃性を向上させることができる。フェノール樹脂は、それ自体で難燃性に優れており、かつ安価であるため好ましく使用される。なお、上記の添加物は、取り付ける箇所つまり、火災による延焼を防ぐところ、振動伝播が著しいところ等の状況に合わせて、両方またはいずれか一方、適宜選択すれば良い。
【００１４】
本発明で用いられるＦＲＰ製遮音パネル部とＦＲＰ製有孔パネル部を構成する、いわゆるＦＲＰ部分の補強繊維としては、用途や使用条件に応じて、適宜ガラスや炭素繊維などからなる無機繊維や、アラミド繊維、ナイロン繊維あるいはポリエステル繊維などの有機繊維などを用いることができる。また、用いられる繊維の形態としては、例えば、繊維長が好ましくは１〜３ｍｍである短繊維からなるマットや、連続繊維からなるクロス、ストランドなどを好適に用いることができる。
【００１５】
ここで、軽量・高強度のＦＲＰを得るためには、補強繊維として炭素繊維が用いられることが一般的であるが、本発明では、コストとのバランスを取るため、ガラス繊維／炭素繊維のハイブリッドのものが用いられ、その体積比率は１：０．０５〜１：１が好ましい。炭素繊維を、かかる割合で配合させることによって、振動減衰性が向上する利点がある。
【００１６】
さらに用いられる炭素繊維の種類は、炭素繊維の高い強度・剛性の観点からは特に制限されないが、より低コストを考えると、いわゆるラージ・トウの炭素繊維を用いることが最も好ましい。例えば、炭素繊維糸１本のフィラメント数が通常の１０，０００本未満のものではなく、できれば１０，０００〜３００，０００本の範囲、より好ましくは５０，０００〜１５０，０００本の範囲にあるトウ状の炭素繊維フィラメント糸を使用する方が、樹脂の含浸性、補強繊維基材としての取扱い性、さらには補強繊維基材の経済性において、より優れるため、好ましい。
【００１７】
周知のように、前述マット基材は、前記ガラス繊維や炭素繊維等のフィラメント糸を、約１〜３ｍｍの長さにカットし、ＰＶＡなどのバインダーで抄紙することによって得られ、成形品の表面に配置することによって、平滑な面が得られる。また、経糸および緯糸からなるクロス基材は、上記フィラメント糸を織機に掛けて製織することによって得られる。なお、マット基材は、積層する連続繊維からなるクロス基材や一方向基材間の層間剥離強度を増すため配置することもある。
【００１８】
また、前記ＦＲＰ製スキン材は、マトリックス樹脂よってあるいは補強繊維の形態によって、真空、ブロー、射出、スタンピング、ＢＭＣ、ＳＭＣ、トランスファー成形、およびＲＴＭ、プレス、引抜、ハンドレイアップ成形等の様々な成形方法を用いて容易に形成することが可能である。
【００１９】
前者は、短繊維基材と熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂との組合せにおいて、良く用いられるものであり、短繊維故に、強度・剛性が若干低いという弱点はあるが、成形サイクルは短く製造費が安価で、構造体としての機能を有する構造ための後述するリブ等を容易に形成できるためよく用いられる方法であり、プラスチック単体よりも強度・剛性に優れる。後者は、長繊維基材と熱硬化性樹脂との組合せにおいて、良く用いられるものであり、前述同様にリブを形成することは可能である、特に、簡易ＲＴＭである真空注入含浸成形によれば、体積含有率等を上げられ、強度、剛性の高いものが比較的安価で製造できる利点がある。
【００２０】
上記基材は、必要に応じて、あるいは要求される機械特性等に応じて、補強繊維の層を複数層に積層して補強繊維基材を形成し、その補強繊維基材に樹脂を含浸する。積層する補強繊維層には、一方向に引き揃えた繊維層や織物層を適宜積層でき、その繊維配向方向も、要求される強度の方向に応じて適宜選択することが好ましい。
【００２１】
ＦＲＰ製遮音パネル部は、例えば、繊維強化プラスチック製スキン材の強化繊維として、ガラス繊維織物と、炭素繊維の一方向織物を積層し、芯材に３０倍発泡硬質ポリウレタン発泡体を用いて、簡易ＲＴＭである真空注入含浸成形法により、難燃性不飽和ポリエステル樹脂を含浸・硬化させることにより得ることができる。
【００２２】
また、ＦＲＰ製有孔パネルは、ガラス繊維からなるマット基材と、織物基材を交互に、樹脂を含浸しながら積層、硬化させて得た板材に、機械加工により穿孔することによって得ることができる。
【００２３】
一般に、遮音材の遮音性能は、音響透過損失（TL）は、TL＝10log₁₀（1/τ）と定義され、デシベル（ｄＢ）で表現される。透過率（τ）は、材料の表面に入射した音のエネルギー（Ii）に対する透過エネルギー（It）の比で表され、τ＝（It/Ii）で定義され、材料を透過した音だけが対象となる。通常遮音材の透過損失は、基本的には質量則に従い、質量が大きいものほど大きくなるが、鉄道や道路に使用される遮音パネルは、125Hz〜4KHzの可聴帯域において１０ｄＢ以上の透過損失が必要とされている。つまり、９０％の音のエネルギーが遮断される材料であることが必要である。そのためのＦＲＰ製遮音壁は、遮音部の重量が１０ｋｇ／ｍ² 以上必要となり、これ以下では必要な透過損失が得られない。透過損失のみを考慮するならば、６ｍｍ以上の厚さのＦＲＰ単板のみでも可能であるが、防音壁として自立しながら、単位面積当たり３００ｋｇ／ｍ²〜４００ｋｇ／ｍ²の風圧に耐えるには、単位巾当たりの曲げ剛性が、０．１×１０⁷ｋｇ・ｍｍ以上必要であり、ＦＲＰの厚みを厚くする必要があるが、単純に厚みを厚くする手法は、コストおよび軽量化を考えた場合好ましい設計構造とは言えず、サンドイッチ構造体または背面にスチフナーがある構造体に形成するのが通常である。そうすることによって、必要な剛性を確保しつつ軽量なパネルを得ることができる。軽量で必要な機械特性を選るには、スキン材の厚みが１〜１０ｍｍで芯材をも含めた厚みが１５〜２００ｍｍの範囲にあることが好ましい。本発明の一実施例によれば、スキン層の厚みが３ｍｍで芯材の厚みが５０ｍｍであるＦＲＰ製遮音パネルのホワイトノイズにおける透過損失は１３ｄＢであった。
【００２４】
なお、ＦＲＰ製有孔パネルは、下述する多孔質材料からなる吸音部の飛散を防止する役割を担うものであって、１〜３ｍｍの厚みであればよく、開口部があることによって、材料表面での音を反射することなく、吸音部で効率良く、音の入射エネルギーを減衰させるための一種のカバーであるので、ある程度の強度が必要であるため、開口率が５０〜９０％の範囲にあればよい。ここで、ＦＲＰ製有孔パネルにおける開口率とは、穿孔または矩形状に切り取った部分の面積を、穿孔、切り取りが無い面積で除した割合を表す。
【００２５】
また、吸音部に用いられる吸音材の吸音特性は、一般に音の入射角度によって変化し、吸音材の吸音率（α）は、材料の表面に入射した音のエネルギー（Ii）に対する透過エネルギー（It）と材料内部で吸収されるエネルギー（Ia）の和の比（α＝（It+Ia）/Ii）で定義される。吸音材は、その構造（厚み・空隙量等）外観によって分類され、多孔質材料（綿状形態の鉱物繊維からなるロックウールや石綿、ガラス繊維からなるグラスウール、またそれらをパンチングしたフェルト状のものや、軟質ウレタンフォームであるスポンジ等）、板状材料（合板、石綿セメント、石膏ボードなど）、またそれらの穴あき板材料からなるもので、多孔質材料は、広い周波数帯域にわたって大きな吸音率を持つ材料であることから、吸音材の主力になっている。ちなみにグラスウールを例にとって吸音率の変化を見ると、125Hz〜4KHzの可聴帯域において１３ｍｍのもので５〜７０％、７５ｍｍのもので３０〜９０％の吸音率を持っており、板状材料は厚さに関係なく約５０％である。
【００２６】
前述したように吸音材は、音圧を減衰させる役目をするもので、単独では音を遮音する性能が低く、遮音部材と併用するすることにより、遮音性能を良くするものであって、通常は、無機ボードの背面やコンクリート壁に貼り付けて使用される。従って、ＦＲＰ製遮音パネルとしては、騒音発生源側から観ると、有孔パネル、吸音体、遮音体の順番が好ましい。両側に騒音発生源がある場合は有孔パネル、吸音体、遮音体、吸音体、有孔パネルの順になることは言うまでもない。ただし、有孔パネルは、吸音体が高密度に成形されたフェルト状、板状のものは、その自信形状保持およびある程度の強度を有するため必ずしも必要ではない。本発明の一実施例によれば、上記スキン層の厚みが３ｍｍで芯材の厚みが５０ｍｍであるＦＲＰ製遮音パネルに１３ｍｍのグラスウールを貼付た状態で、ホワイトノイズにおける透過損失を測定したところ１８ｄＢであった。
【００２７】
次に、上記本発明のＦＲＰ製複合パネルの望ましい実施の形態を図面を参照して、さらに詳しく説明する。
【００２８】
図１および２は、いずれも本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製複合パネルを例示している。すなわち、図１は、本発明のＦＲＰ製複合パネルの一実施態様を示す斜視図であり、図２は、本発明の別の実施態様を示す斜視図である。
【００２９】
図１および図２において、ＦＲＰ製複合パネル１は、ＦＲＰ製遮音パネル部２と、吸音部３と、ＦＲＰ製有孔パネル部４の三層構造で基本的に構成されている。このようなＦＲＰ製複合パネルにおいて、基本的に遮音性能の指標である音響透過損失は、質量則に従い、質量が大きいものほど大きくなる。しかしながら、ＦＲＰ製複合パネル設置に際し、遮音壁としての構造体の重量に制限があることが多く、遮音パネルをＦＲＰ製とすると、軽量で取扱性が良いという長所を有するが、質量則に基づく透過損失効果が小さいという短所を持っている。
【００３０】
本発明で三層構造としたのは、ＦＲＰ製有孔パネル部方向から入射した音を、吸音部の多孔質材料内の空気層のバネによる振動系によりエネルギーを吸収させて、音圧レベルが小さくし、さらに外層の遮音パネル部の質量則に基づく振動系によりさらに、音のエネルギーを小さくして、防音効果を高めるためである。
【００３１】
ここで、ＦＲＰ製遮音パネル部２は、例えば、図１に示すような、相対するＦＲＰ製スキン部材５間に芯材６を内包するサンドイッチ構造のもの、または図２のような、ＦＲＰ製単板７の片側に、ＦＲＰ製補強部材８を縦横両方向またはいずれか一方向に実質的に一体化したスチフナ構造のものであっても良く、この形態に限定するものではないが、単位巾当たりの曲げ剛性が、（０．１〜１０）×１０⁷ｋｇ・ｍｍの範囲にあることが好ましい。その理由は、例えば、所定の間隔の支柱に、遮音パネルを設置する場合、風圧などの負荷に対する強度、剛性を確保するため必要であり、つまり曲げ剛性がこの範囲より小さいと、バタツキ現象により振動が大きくなり、かえって騒音発生源となるばかりか、共振を起こしやすく、必要な強度も確保することが難しくなる。一方、曲げ剛性がこの範囲より大きくなると、単位重量も増大し、施工時重機が必要となり取扱性が損なわれることがある。また、単位面積当たりの重量は、１０〜６０ｋｇ／ｍ²の範囲にあることが好ましい。単位面積当たりの重量がこれより小さいと、上述した質量則による遮音性能が著しく損なわれ、これより大きいと、遮音効果は良くなるが、前述同様重くて取扱性が悪くなる傾向を示す。
【００３２】
このようなＦＲＰ製遮音パネル部２のＦＲＰ製スキン部材５を形成するＦＲＰ層の厚みの少なくとも５〜２０％が炭素繊維を含むＦＲＰ層であることを必須とし、さらに、ＦＲＰ製単板７およびＦＲＰ製補強部材８を形成するＦＲＰは、ＦＲＰ層の厚みの少なくとも５〜２０％が、炭素繊維を含むＦＲＰ層であることが好ましい。厚みがこの範囲にあると、所定の重量を保持しつつ、パネルとしての強度、面内剛性をより高めることができるとともに、パネルの固有振周波数を高くすることができる利点がある。なお、前述の芯材６としては、フォーム材や木材、無機質をバインダーで固めたものなど、パネルとしての機械特性、価格、軽量化など要求される特性に応じて適宜選択できる。また、ＦＲＰ製補強部材８を、中空のスチフナ構造としたが、ソリッド形態であっても良く、特に限定するものではない。
【００３３】
次に、吸音部３は、材料からの反射音を減少させることを目的としており、例えば、ロックウール、グラスウール、軟質ウレタンフォーム、フェルト、不織布等の多孔質材料が良く、広い周波数帯域において大きな吸音効果を呈する。その他、孔あき石膏ボード等でも良く、またそれらを組み合わせたものでも良く、吸音する周波数によって適宜選定することが好ましい。好ましい厚みは、１０〜８０ｍｍの範囲である。
【００３４】
また、ＦＲＰ製有孔パネル部４は、開口部９を有し、開口率が５０〜９０％である構造体であることが好ましい。ＦＲＰ製有孔パネル部４は、例えば、格子状、孔あき板などの形態のものである。これらのものは、前記多孔質材料からなる吸音部の飛散を防止する役割を担いつつ、開口部９があることによって、音を反射することなく、吸音部３で効率良く、音の入射エネルギーを減衰させることができる。開口率が小さいと音の反射が大きくなり、開口率が大きすぎると必要な強度が確保できないことになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＦＲＰ製複合パネルによれば、ＦＲＰ製であるため、錆の発生もなく耐久性に優れ、本発明のような少なくとも三層構造とすることにより、軽量で取扱性が良くかつ、より防音性能の優れたものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製複合パネルの斜視図。
【図２】図２は、本発明の別の実施態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ＦＲＰ製複合パネル
２ＦＲＰ製遮音パネル部
３吸音部
４ＦＲＰ製有孔パネル部
５ＦＲＰ製スキン部材
６芯材
７ＦＲＰ製単板
８ＦＲＰ製補強部材
９開口部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite panel made of fiber reinforced plastic (hereinafter sometimes referred to as FRP) which is used in railways, roads, construction and civil engineering fields and which has a large surface load and is excellent in soundproofing performance.
[0002]
[Prior art]
Noise has the most complaints and troubles among pollution, and noise prevention measures are an important social problem as an environmental problem.
[0003]
In general, there are two types of soundproofing materials to prevent noise: soundproofing members and sound absorbing members. Soundproofing members play a role in blocking the propagation of sound energy by reflecting airborne sound. The sound transmission loss characteristic as a guide basically follows the law of mass and becomes larger as the mass increases. For example, on a flat ground or an elevated part of a railway or road, as is well known, for the purpose of mitigating noise to local residents along the line, a concrete soundproof panel mainly disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-144227 or the like Metal soundproof panels are installed. Since these materials are heavy, according to the law of mass, predetermined effects can be obtained in preventing noise generated from railway vehicles and automobiles and in spreading noise. Therefore, for the purpose of weight reduction, a soundproof panel made of fiber reinforced plastic (hereinafter also referred to as FRP) including a lightweight core material is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-57619 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-170292. Has been. The soundproof panels of these two publications are used on the outer walls of houses and buildings, have relatively low noise levels, and it is easy to achieve weight reduction of the panels.
[0004]
On the other hand, the sound absorbing member plays a role of attenuating the sound pressure by converting the sound energy into heat energy. By itself, the performance of insulating the sound is low. An invention for improving the sound insulation performance because it can be improved is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-8331. The sound insulation part is a concrete sound insulation wall, and it is an invention to provide a sound insulation panel with a structure in which an FRP sound absorption plate is separated at a predetermined interval on the back side and an intermediate air layer is provided. Since the soundproof wall body is made of concrete, heavy machinery is necessary as described above.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a metal soundproof panel, the concrete or metal soundproof panel has a problem in durability such as decay, and in the case of a concrete soundproof panel, the recent problem of the reinforcing steel In addition to swelling and cracking of rust due to rusting and cracking of concrete pieces, it is heavy and heavy, so it is necessary to carry heavy equipment and dedicated mounting machines at the installation location for transport and installation. In the case of the viaduct, avoid the problem that it is difficult to bring a dedicated construction machine close to the installation site of the soundproof panel from the track side, and even if it can be approached, the installation work should be avoided from the high place from under the overhead. It was dangerous.
[0006]
In addition, the FRP soundproof panels disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-57619 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-170292 are used for the outer wall of a house or a building as described above, and the noise source is separated and the panel is attached. Therefore, the mechanical characteristics (strength and rigidity) are not so necessary. However, for use in soundproof panels for railways and roads, the noise source is relatively close, the noise level is high, the proper weight based on the law of mass is ensured, and there is no small beam, so the panel itself in with independence, it is necessary to withstand the wind pressure per unit area ^{^{300kg / m 2 ~400kg / m 2}} . A light-weight soundproofing panel cannot be obtained unless an optimum design is taken into account, taking into account the means for mounting on the building frame. Furthermore, when a soundproof panel is installed on a viaduct such as a railroad, it may become a significant noise source unless resonance is avoided due to vibrations of the chassis when traveling such as a train. Furthermore, in recent years, soundproofing panels applied especially for railways and roads are increasingly required to have soundproofing measures for neighboring houses and educational facilities, and the height of soundproofing panels is also increased to reduce the diffracted sound. It is getting higher. However, the existing frame or beam has a weight limit from the strength side, and the height of the panel cannot be increased. In addition, a lightweight acrylic soundproof panel is also used in consideration of weight, but there is a problem with durability due to strength reduction caused by ultraviolet deterioration in a relatively short period of time, and it itself is certainly Although it is light in weight, its strength and rigidity are small, so it requires struts and cross beams at short intervals, and the construction cost as a whole is not necessarily low.
[0007]
Moreover, although the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-8331 is excellent in sound insulation performance at first glance, the sound insulation panel itself is a product made from concrete, and has the problem that peeling mentioned above cannot be avoided.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fiber reinforced plastic composite panel that can withstand a large surface load, is lightweight and excellent in handleability, and has excellent soundproofing performance and durability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a fiber reinforced plastic (FRP) composite panel according to the present invention includes a fiber reinforced plastic (FRP) sound insulation panel, a sound absorbing portion, and a fiber reinforced plastic (FRP). A fiber reinforced plastic comprising at least a three-layer structure of a hole panel portion , wherein glass fibers and carbon fibers are used as the reinforcing fibers of the fiber reinforced plastic, and the fiber reinforced plastic layer forming the fiber reinforced plastic sound insulation panel portion. At least 5 to 20% of the thickness is a fiber reinforced plastic layer containing carbon fibers .
[0010]
The FRP composite panel of the present invention has the following preferred embodiments.
(a) A fiber reinforced plastic sound insulation panel is sandwiched between the skin members made of fiber reinforced plastic or a sandwich structure, or one or both sides of a fiber reinforced plastic veneer, either vertically or horizontally. A stiffener structure having a reinforcing member made of fiber-reinforced plastic substantially integrated in one direction, the bending rigidity per unit width is (0.1-10) × 10 ⁷ kg · mm, and The weight per unit area is 10 to 60 kg / m ² .
(b) At least 5 to 20% of the thickness of the fiber-reinforced plastic layer forming the fiber-reinforced plastic skin member or the fiber-reinforced plastic veneer is a fiber-reinforced plastic layer containing carbon fibers.
(c) The matrix resin forming the fiber reinforced plastic skin member is made of a thermosetting resin containing a flame retardant and / or a vibration damping agent.
(d) The fiber reinforced plastic perforated panel has an opening ratio of 50 to 90%.
(e) The sound absorbing part is made of a porous material.
[0011]
Since the FRP composite panel of the present invention is mainly formed of such a fiber reinforced plastic member, there is basically no problem of rust generation and excellent corrosion resistance, so that the durability can be greatly improved. Thus, the service life can be extended significantly.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the FRP composite panel of the present invention will be described. The composite panel made of FRP according to the present invention has the above-described configuration, but as a matrix resin of a so-called FRP part constituting the FRP sound insulation panel part and the FRP perforated panel part used in the present invention, an epoxy resin is used. Thermosetting resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and phenol resins are suitable. In these resins, layered compounds (for example, mica, molybdenum disulfide, boron nitride, etc.) and acicular compounds (for example, , Zonotlite, potassium titanate, carbon fiber, etc.), granular and plate-like compounds (eg, ferrite, talc, clay, etc.) can be added. By adding a damping agent, conversion to frictional heat is achieved by the mutual movement of inorganic crystals or between the inorganic substance and the matrix. Filling the filler increases the elastic modulus and density, and reduces the kinetic energy of the vibrating object. It can be dissipated to reduce panel vibration.
[0013]
Moreover, a flame retardant (for example, aluminum hydroxide, bromine, inorganic powder etc.) can be added in said resin, and a flame retardance can be improved. The phenol resin is preferably used because it is excellent in flame retardancy and is inexpensive. In addition, what is necessary is just to select said additive suitably suitably according to conditions, such as a location to attach, ie, the place which prevents the spread of fire by fire, and the place where vibration propagation is remarkable.
[0014]
As the reinforcing fiber of the so-called FRP part constituting the FRP sound insulation panel part and FRP perforated panel part used in the present invention, depending on the application and use conditions, inorganic fibers made of glass or carbon fiber as appropriate, Organic fiber such as aramid fiber, nylon fiber or polyester fiber can be used. Moreover, as a form of the fiber to be used, for example, a mat made of short fibers having a fiber length of preferably 1 to 3 mm, a cloth made of continuous fibers, a strand, or the like can be suitably used.
[0015]
Here, in order to obtain a light weight and high strength FRP, carbon fiber is generally used as a reinforcing fiber. However, in the present invention, in order to balance the cost, a glass fiber / carbon fiber hybrid is used. also the Irare use is a volume ratio of 1: 0.05 to 1: 1 is preferred. Carbon fibers, by the this of mixing in such a ratio, the advantage of improved vibration damping.
[0016]
Further, the type of carbon fiber to be used is not particularly limited from the viewpoint of the high strength and rigidity of the carbon fiber, but it is most preferable to use a so-called large tow carbon fiber in view of lower cost. For example, the number of filaments of one carbon fiber yarn is not less than the usual 10,000, preferably in the range of 10,000 to 300,000, more preferably in the range of 50,000 to 150,000. It is preferable to use a tow-like carbon fiber filament yarn because it is more excellent in resin impregnation property, handling property as a reinforcing fiber substrate, and economical efficiency of the reinforcing fiber substrate.
[0017]
As is well known, the aforementioned mat base material is obtained by cutting the filament yarn such as glass fiber or carbon fiber into a length of about 1 to 3 mm, and making a paper with a binder such as PVA. A smooth surface can be obtained by arranging in the above. Moreover, the cross base material consisting of warp and weft can be obtained by weaving the filament yarn on a loom. In addition, the mat base material may be disposed in order to increase the delamination strength between a cloth base material made of continuous fibers to be laminated or a unidirectional base material.
[0018]
The FRP skin material is formed by various molding methods such as vacuum, blow, injection, stamping, BMC, SMC, transfer molding, RTM, press, drawing, hand lay-up molding, etc., depending on the matrix resin or the form of the reinforcing fiber. It can be easily formed using a method.
[0019]
The former is often used in the combination of a short fiber base material and a thermoplastic resin or thermosetting resin, and because of the short fiber, there is a weak point that strength and rigidity are slightly low, but the molding cycle is short and the manufacturing cost is short. However, this method is often used because it can be easily formed with ribs and the like to be described later for a structure having a function as a structure, and is superior in strength and rigidity to a plastic alone. The latter is often used in a combination of a long fiber base material and a thermosetting resin, and it is possible to form a rib as described above. In particular, according to vacuum injection impregnation molding which is a simple RTM. There is an advantage that the volume content and the like can be increased, and those having high strength and rigidity can be manufactured at a relatively low cost.
[0020]
The base material is formed by laminating a plurality of layers of reinforcing fibers as necessary or according to required mechanical properties, etc., to form a reinforcing fiber base material, and the reinforcing fiber base material is impregnated with a resin. . The reinforcing fiber layer to be laminated can be appropriately laminated with a fiber layer or a woven fabric layer aligned in one direction, and the fiber orientation direction is also preferably selected according to the required strength direction.
[0021]
The FRP sound insulation panel part is simple, for example, by laminating a glass fiber fabric and a carbon fiber unidirectional fabric as a reinforcing fiber of a fiber reinforced plastic skin material, and using a 30-fold foamed rigid polyurethane foam as a core material. It can be obtained by impregnating and curing a flame-retardant unsaturated polyester resin by a vacuum injection impregnation molding method which is RTM.
[0022]
In addition, the FRP perforated panel can be obtained by perforating the plate material obtained by laminating and curing the mat substrate made of glass fiber and the fabric substrate alternately while impregnating the resin by machining. it can.
[0023]
In general, the sound insulation performance of a sound insulation material is defined as TL = ₁₀ log ₁₀ (1 / τ), and the sound transmission loss (TL) is expressed in decibels (dB). The transmittance (τ) is expressed as the ratio of the transmitted energy (It) to the energy (Ii) of the sound incident on the surface of the material and is defined as τ = (It / Ii). It becomes. The transmission loss of a normal sound insulation material basically increases according to the law of mass, and the larger the mass, the larger the transmission loss, but the sound insulation panel used for railways and roads requires a transmission loss of 10 dB or more in the audible band of 125 Hz to 4 KHz. It is said that. In other words, it is necessary to be a material capable of blocking 90% of sound energy. For this purpose, the FRP sound insulation wall requires a weight of the sound insulation portion of 10 kg / m ² or more, and a necessary transmission loss cannot be obtained below this. If you consider only the transmission loss, the it is also possible only FRP single plate of a thickness of not less than 6 mm, while standing on its own as a sound barrier, resistant to wind pressure per unit area 300kg / m ^² ~400kg / m ² is The bending rigidity per unit width is required to be 0.1 × 10 ⁷ kg · mm or more, and it is necessary to increase the thickness of the FRP, but the method of simply increasing the thickness considered cost and weight reduction. In some cases, it is not a preferable design structure, and it is usually formed into a sandwich structure or a structure having a stiffener on the back surface. By doing so, a lightweight panel can be obtained while ensuring the required rigidity. In order to select light and necessary mechanical properties, it is preferable that the thickness of the skin material is 1 to 10 mm and the thickness including the core material is in the range of 15 to 200 mm. According to one embodiment of the present invention, the transmission loss in white noise of an FRP sound insulation panel having a skin layer thickness of 3 mm and a core material thickness of 50 mm was 13 dB.
[0024]
The perforated panel made of FRP plays a role of preventing scattering of the sound absorbing portion made of a porous material described below, and may have a thickness of 1 to 3 mm. Since it is a kind of cover for attenuating the incident energy of sound efficiently at the sound absorbing part without reflecting sound on the surface, a certain degree of strength is required, so the aperture ratio is in the range of 50 to 90% If it is in. Here, the aperture ratio in the FRP perforated panel represents a ratio obtained by dividing the area of the portion cut out in a perforated or rectangular shape by the area without the perforated or cut out.
[0025]
In addition, the sound absorption characteristics of the sound absorbing material used in the sound absorbing portion generally vary depending on the incident angle of the sound, and the sound absorption coefficient (α) of the sound absorbing material is the transmitted energy (It) for the sound energy (Ii) incident on the surface of the material. ) And the energy (Ia) absorbed inside the material (α = (It + Ia) / Ii). Sound-absorbing materials are classified according to their structure (thickness, void volume, etc.) appearance, and porous materials (rock wool and asbestos made of cotton-like mineral fibers, glass wool made of glass fibers, and felt-like ones punched from them) And porous urethane foam, etc.), plate-like materials (plywood, asbestos cement, gypsum board, etc.) and perforated board materials. Porous materials have a large sound absorption coefficient over a wide frequency band. Because it is a material possessed, it has become the mainstay of sound absorbing materials. By the way, looking at the change in sound absorption rate taking glass wool as an example, the sound absorption rate of 13 mm is 5 to 70%, and 75 mm is 30 to 90% in the audible band of 125 Hz to 4 KHz. Regardless of the size, it is about 50%.
[0026]
As described above, the sound-absorbing material plays a role of attenuating the sound pressure, and has a low sound-insulating performance by itself, and improves sound-insulating performance when used in combination with a sound-insulating member. Used for pasting on the back of inorganic boards and concrete walls. Therefore, when viewed from the noise source side, the order of the perforated panel, the sound absorber, and the sound insulator is preferable as the FRP sound insulation panel. Needless to say, when there are noise generating sources on both sides, the order is a perforated panel, a sound absorber, a sound insulator, a sound absorber, and a perforated panel. However, the perforated panel is not necessarily required to have a felt-like or plate-like shape in which the sound absorber is molded at a high density, because it has a self-contained shape and a certain degree of strength. According to one embodiment of the present invention, when transmission loss in white noise was measured with 13 mm glass wool applied to an FRP sound insulation panel having a skin layer thickness of 3 mm and a core material thickness of 50 mm, it was 18 dB. Met.
[0027]
Next, preferred embodiments of the FRP composite panel of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0028]
1 and 2 both illustrate an FRP composite panel according to an embodiment of the present invention. 1 is a perspective view showing one embodiment of the FRP composite panel of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.
[0029]
1 and 2, the FRP composite panel 1 is basically configured with a three-layer structure of an FRP sound insulation panel portion 2, a sound absorbing portion 3, and an FRP perforated panel portion 4. In such an FRP composite panel, the sound transmission loss, which is basically an index of the sound insulation performance, increases as the mass increases according to the mass law. However, when installing FRP composite panels, the weight of the structure as a sound insulation wall is often limited, and if the sound insulation panel is made of FRP, it has the advantage of being lightweight and easy to handle, but transmission loss based on the mass law It has the disadvantage that the effect is small.
[0030]
The three-layer structure in the present invention is that the sound incident from the direction of the perforated panel made of FRP is absorbed by the vibration system by the spring of the air layer in the porous material of the sound absorbing part, and the sound pressure level is reduced. This is because the sound energy is further reduced by the vibration system based on the mass law of the outer sound insulation panel portion and the soundproof effect is enhanced.
[0031]
Here, the FRP sound insulation panel unit 2 is, for example, a sandwich structure in which a core material 6 is included between opposing FRP skin members 5 as shown in FIG. A stiffener structure in which the FRP reinforcing member 8 is substantially integrated in both longitudinal and lateral directions or in any one direction on one side of the plate 7 is not limited to this form. The bending rigidity is preferably in the range of (0.1 to 10) × 10 ⁷ kg · mm. The reason is that, for example, when installing sound insulation panels on pillars with a predetermined interval, it is necessary to ensure strength and rigidity against loads such as wind pressure.In other words, if the bending rigidity is smaller than this range, vibration will occur due to the flicker phenomenon. However, not only does it become a noise source, it tends to resonate and it is difficult to ensure the required strength. On the other hand, if the bending rigidity is larger than this range, the unit weight also increases, and a heavy machine for construction is required, which may impair handling properties. Moreover, it is preferable that the weight per unit area exists in the range of 10-60 kg / m < ² >. If the weight per unit area is smaller than this, the sound insulation performance according to the above-mentioned mass rule is remarkably impaired. If it is larger than this, the sound insulation effect is improved, but it is heavy as described above and tends to be poor in handling.
[0032]
It is essential that at least 5 to 20% of the thickness of the FRP layer forming the FRP skin member 5 of the FRP sound insulation panel 2 is an FRP layer containing carbon fiber, and further, the FRP veneer 7 and The FRP forming the FRP reinforcing member 8 is preferably an FRP layer in which at least 5 to 20% of the thickness of the FRP layer includes carbon fibers. When the thickness is within this range, there is an advantage that the strength and in-plane rigidity of the panel can be further increased while maintaining a predetermined weight, and the natural vibration frequency of the panel can be increased. The core material 6 described above can be appropriately selected according to required properties such as mechanical properties, price, and weight reduction as a panel, such as foam material, wood, and inorganic solidified with a binder. Moreover, although the FRP reinforcing member 8 has a hollow stiffener structure, it may be in a solid form and is not particularly limited.
[0033]
Next, the sound absorbing portion 3 is intended to reduce the reflected sound from the material. For example, a porous material such as rock wool, glass wool, soft urethane foam, felt, and non-woven fabric is good, and a large sound absorption in a wide frequency band. It is effective. In addition, a perforated gypsum board or the like may be used, or a combination thereof may be used, and it is preferable to select appropriately according to the frequency of sound absorption. A preferred thickness is in the range of 10-80 mm.
[0034]
Moreover, it is preferable that the perforated panel part 4 made from FRP is a structure which has the opening part 9 and whose opening rate is 50 to 90%. The perforated panel portion 4 made of FRP has, for example, a lattice shape or a perforated plate. These have the role of preventing scattering of the sound absorbing portion made of the porous material, and the presence of the opening 9 allows the sound absorbing portion 3 to efficiently reduce the incident energy of the sound without reflecting the sound. Can be attenuated. If the aperture ratio is small, sound reflection increases, and if the aperture ratio is too large, the required strength cannot be ensured.
[0035]
【The invention's effect】
As explained above, according to the FRP composite panel of the present invention, because it is made of FRP, it is excellent in durability without generation of rust, and it is handled lightly by having at least a three-layer structure as in the present invention. It is possible to obtain a product having good performance and soundproofing performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an FRP composite panel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 FRP composite panel 2 FRP sound insulation panel part 3 Sound absorption part 4 FRP perforated panel part 5 FRP skin member 6 Core material 7 FRP veneer 8 FRP reinforcement member 9 Opening part

Claims

繊維強化プラスチック製遮音パネル部と、吸音部と、繊維強化プラスチック製有孔パネル部の少なくとも三層構造からなり、繊維強化プラスチックの補強繊維として、ガラス繊維および炭素繊維が用いられる繊維強化プラスチックであって、該繊維強化プラスチック製遮音パネル部を形成する繊維強化プラスチック層の厚みの少なくとも５〜２０％が、炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層である、繊維強化プラスチック。And a fiber-reinforced plastic sound insulating panel, a sound absorbing portion, Ri Do at least three layers of fiber-reinforced plastic perforated panel section, as reinforcing fibers of the fiber-reinforced plastic, fiber reinforced plastic glass fibers and carbon fibers are used A fiber reinforced plastic, wherein at least 5 to 20% of the thickness of the fiber reinforced plastic layer forming the fiber reinforced plastic sound insulation panel is a fiber reinforced plastic layer containing carbon fibers .

繊維強化プラスチック製遮音パネル部が、相対する繊維強化プラスチック製スキン部材間に芯材を内包するサンドイッチ構造体、または、繊維強化プラスチック製単板の片側または両面に、縦横両方向またはいずれか一方向に実質的に一体化された繊維強化プラスチック製補強部材を有するスチフナ構造体であって、単位巾当たりの曲げ剛性が、（０．１〜１０）×１０^７ｋｇ・ｍｍであり、かつ単位面積当たりの重量が、１０〜６０ｋｇ／ｍ^２である、請求項１記載の繊維強化プラスチック製複合パネル。A sound insulation panel made of fiber reinforced plastic has a sandwich structure in which a core material is enclosed between opposing fiber reinforced plastic skin members, or one side or both sides of a fiber reinforced plastic veneer, both vertically and horizontally, or in either direction. A stiffener structure having a substantially integrated fiber-reinforced plastic reinforcing member, wherein the flexural rigidity per unit width is (0.1-10) × 10 ⁷ kg · mm, and per unit area weight, 10~60kg / ^m Ru ² der,請 Motomeko first fiber reinforced plastic composite panel according to.

繊維強化プラスチック製スキン部材または繊維強化プラスチック製単板を形成する繊維強化プラスチック層の厚みの少なくとも５〜２０％が、炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層である、請求項２記載の繊維強化プラスチック製複合パネル。At least 5-20% of the thickness of the fiber reinforced plastic layer to form a fiber reinforced plastic skin member or fiber reinforced plastic veneer, a fiber-reinforced plastic layer containing carbon fiber, fiber reinforced plastic 請 Motomeko 2 wherein Composite panel.

繊維強化プラスチック製スキン部材を形成するマトリックス樹脂が、難燃剤および制振剤の両方またはいずれか一方を含む熱硬化性樹脂からなる、請求項２または３に記載の繊維強化プラスチック製複合パネル。Matrix resin forming the fiber reinforced plastic skins member, flame retardants and damping agent or both ing from either a thermosetting resin containing one, fiber-reinforced plastic composite panel according to claim 2 or 3.

繊維強化プラスチック製有孔パネルが、５０〜９０％の開口率を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製複合パネル。Fiber reinforced plastic perforated panels, that have a aperture ratio of 50-90%, fiber-reinforced plastic composite panel according to any one of 請 Motomeko 1-4.

吸音部が、多孔質材料からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製複合パネル。The sound absorbing portion, ing a porous material, fiber-reinforced plastic composite panel according to any one of 請 Motomeko 1-5.