JP4757371B2 - 無機質耐力面材および無機質耐力面材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木造住宅用耐力面材等として広く使用されている木質構造用合板の代替として使用する無機質耐力面材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に住宅は、地震や風圧により横からの荷重を受けることがあり、このような荷重を考慮した設計をする必要がある。そのため、木造の住宅では耐力面材として、強度を増すために、木質構造用合板が広く使われている。
これに対し、無機質系材料としては、従来からけい酸カルシウム板などの繊維補強セメント板、石膏ボードあるいは木毛セメント板などの木繊維補強セメント板などが用いられているが、耐力面材としての強度が不足しているため、構造用合板の代替品として使用可能な性能が得られていないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、木質構造用合板は、可燃物であり耐久性に優れているとは言い難い。また、森林伐採による環境破壊および接着剤による住環境上の問題も指摘されている。
一方、けい酸カルシウム板などの繊維補強セメント板、石膏ボードあるいは木毛セメント板などの窯業系ボード類は、耐力面材としての強度が不足しており、材質が脆いため、釘打ちに対する釘打性が悪くかつ釘の保持力も低いという問題を抱えている。
【０００４】
そこで、本発明の第１の目的は、不燃性であり、耐久性に優れ、釘保持力が高く且つ長さ変化率が小さい耐力面材として使用可能な無機質耐力面材を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、不燃性であり、耐久性に優れ、釘保持力が高く且つ長さ変化率が小さい耐力面材として使用可能な無機質耐力面材の製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、無機質耐力面材が、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られ、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および壁倍率２．５以上であることにより、前記第１の目的を達成する。
【０００６】
請求項２記載の発明では、無機質耐力面材が、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られ、１種または２種以上のグリーンシートを複数層積層してなり、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および壁倍率２．５以上であることにより、前記第１の目的を達成する。
【０００７】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、１種または２種以上のグリーンシートを複数層積層してなるグリーンシート層に、ネット層を１層以上含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２または請求項３記載の発明において、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物はかさ比重０．０５〜０．３であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の発明において、補強繊維としては、パルプ繊維が３〜１５質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維が０〜２質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維が０〜２質量％からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明では、無機質耐力面材を、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形してなる単層または複層のグリーンシートを、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生してなることにより、前記第２の目的を達成する。
【００１１】
請求項７記載の発明では、無機質耐力面材を、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形してなる単層または複層で、少なくとも１層以上のネット層を含むグリーンシートを、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生してなることにより、前記第２の目的を達成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図１ないし図１０を参照して、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る単層無機質耐力面材の断面図であり、図２は、３層無機質耐力面材の断面図である。
また、図３は、ネット２層を含む３層無機質耐力面材の断面図である。
これらの無機質耐力面材は、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるトバモライト系および・またはゾノトライト系等を主体とした、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、補強繊維３〜１８質量％および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られるグリーンシートを、１種類の配合による単層構造とすること（図１）、同グリーンシートを１種類の配合または２種類以上の配合による複層構造とすること（図２）、前記単層構造および複層構造に１層以上のネット層５を設けた構造とすること（図３）で、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および長さ変化率の小さい壁倍率２．５以上としてある。
【００１３】
これらの無機質耐力面材で用いるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、予め石灰質原料とシリカ質原料を用い、シリカに対する酸化カルシウムのモル比が０．５５〜１．１０である５〜１５％濃度のスラリーを撹拌式オートクレーブを用いて１５０〜２３０℃で水熱合成してなり、かさ比重０．０５〜０．３である。
シリカ質原料としては珪石、けい藻土、シリカヒューム等があり、石灰質原料としては生石灰等の汎用原料が用いられる。これらのけい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、トバモライト系および・またはゾノトライト系等であり、かさ比重は０．０５〜０．３であり、その配合量は５〜５０％である。
【００１４】
ここで、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物のかさ比重が０．０５未満では、耐力面材としての必要強度および釘の保持力が得られず、一方、０．３を超えると、耐力面材の軽量化および良好な釘打ち性の確保が困難である。
また、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物の配合量は、５質量％未満では耐力面材の軽量化および良好な釘打ち性の確保が困難であり、長さ変化率が大きくなる。一方、５０質量％を超えると耐力面材としての必要強度および釘の保持力を得ることができない。
【００１５】
補強繊維としては、パルプ３〜１５質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維が０〜２質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維が０〜２質量％配合してある。
パルプは、無機質耐力面材の曲げ強度の向上に必要であり、且つ釘打ちに対する亀裂や割れを防止しさらに釘保持力を向上させるのに特に有効である。パルプの配合量は３質量％未満では釘打ち加工性に対し充分でなく、一方、１５質量％を超えると、長さ変化率が大きくなり耐久性が劣ってしまう。
【００１６】
また、パルプ以外の繊維として、耐力面材としての曲げ強度および壁倍率等を向上させるために、耐力面材を構成するマトリックスの曲げヤング率より高いヤング率を有する５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維を配合する。加えて、耐衝撃性の向上や釘打ちに対する亀裂や割れを防止しさらに釘保持力に対する性能を向上させるために、耐力面材の曲げヤング率よりも低いヤング率を有する５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維を配合する。
ここで、ヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維としては、ポリビニルアルコール繊維、ポリノジック繊維、アラミド繊維、麻繊維等の有機繊維およびガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維等がある。一方、ヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、ポリ塩化ビニル繊維等の有機繊維がある。
【００１７】
繊維長は、３〜１２ｍｍであり、好ましくは３〜６ｍｍである。これらパルプ以外の繊維の配合量は３質量％を超えると繊維分が過剰となり表面性が劣る。また、パルプも含む繊維量合計が１８重量％を超えると、不燃性を得ることができない。
【００１８】
本実施の形態は、これらの構成材料を用いて軽量であり、曲げ強度が高く、長さ変化率の小さい釘打ち性や釘保持力に優れた壁倍率２．５以上であることを特徴とする耐力面材を達成し得る。さらに、複層化することにより壁倍率性能を向上することができる。
複層化としては、２〜３層構造が好ましい。複層化の方法としては、抄造過程においてグリーンシート状態にて積層する方法から各層を単板として硬化させた後、無機および・または有機質のバインダーにより各層を接合する方法まで任意に選択することができる。
けい酸カルシウム系軽量水熱合成物を配合した無機質耐力面材は、かさ比重が０．５〜１．２であり、複層化した場合には各層のかさ比重はこの範囲で実施できる。また、複層化した場合の各層の配合はそれぞれの必要性能により本発明の配合の範囲内で任意の配合が選択可能である。
【００１９】
この無機質耐力面材の製造方法としては、セメント、けい酸カルシウム系水熱合成物および補強繊維からなる配合物をスラリー状にして抄造法によりグリーンシートを成形し、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生して無機質耐力面材を得る。
この製造には、丸網式抄造機、長網式抄造機、フローオン抄造機等の連続式抄造法および脱水プレス法等のバッチ式成形法等の汎用の製造方法が用いられる。これらの方法の単独または組合せにより単層または複層構造の無機質耐力面材を得ることができる。
成形圧は、１Ｎ／ｍｍ2未満では必要強度、釘保持力および表面平滑性が得られず、一方、２０Ｎ／ｍｍ2 を超えると軽量化が図れず釘打ち性も困難となる。 無機質耐力面材の養生としては、自然養生、湿潤養生、蒸気養生およびオートクレーブ養生があるが、養生時間の短縮および釘打性等の加工性のためには蒸気養生が好ましい。
【００２０】
図３に示すように、必要に応じて性能向上のためネットを単層または複層の層内および・または層間に複合することができる。ネットの複合化は、無機質耐力面材の性能向上、特に壁倍率の向上に有効である。また、ネットを複合させることにより補強繊維の配合量を減じることが可能となる。
図４から図６は、ネットを含む無機質耐力面材の製造方法を示した図である。
図４は、フローオン抄造装置を用いてネット１層を形成する無機質耐力面材の製造方法を示した図であり、図５は、フローオン抄造装置と丸網式抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図であり、図６は、フローオン抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【００２１】
ここで、ネットを挿入する方法としては、抄造時および抄造過程においてグリーンシート状態にて積層する際に挿入する方法がある。この際には、ネットと成形層との密着性の向上のため、セメントペースト、水ガラス、シリカフューム、シリカゲルおよびアルミナゲル等の無機質バインダーやアクリル系エマルジョン、ＳＢＲ等の合成ゴムラテックスおよび酢酸ビニル系エマルジョン等の有機質バインダーおよびこれらを複合させたバインダーの使用が有効である。
また、各層を単板として硬化させた後無機および有機質のバインダーを使い、各層を板材のみであるいはネット層を挟み込む形で接合することも可能である。
【００２２】
ネットとしては、ポリビニルアルコール繊維、ポリノジック繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、麻繊維等の有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維および金属繊維等からなるものがある。ネットは板全体に挿入すること、および・またはネットテープ状としたものを四周および・または中間部に挿入する。
この図３に示すネットを挿入した無機質耐力面材の製造方法としては、セメント２０〜６０質量％、予め用意されたけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、補強繊維３〜１８質量％および充填材０〜６０質量％からなる配合物を水で混練してスラリーとし、丸網式抄造機、長網式抄造機、フローオン抄造機、脱水プレス成形機等により湿式成形して得られるグリーンシートを、１種類の配合による単層構造とすること、同グリーンシートを１種類の配合または２種類以上の配合による複層構造とすること、前記単層構造および複層構造に１層以上のネット層を設けた構造の複合グリーンシートを１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生して板材を得る。
また、前記複層構造において各層を単板として硬化させた後無機および・または有機質のバインダーにより各層を板材のみであるいはネット層を挟み込む形で接合し、１〜１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で圧着したのち養生して板材を得る。
この圧着は、図４から図６に示すように、吸着積層装置１０により積層した後、プレス機１１で圧力をかけることにより行う。
【００２３】
けい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、予め石灰質原料とシリカ質原料を用い、シリカに対する酸化カルシウムのモル比が０．５５〜１．１０である５〜１５％濃度のスラリーを撹拌式オートクレーブを用いて１５０〜２３０℃で水熱合成してなるトバモライト系および・またはゾノトライト系統を主体とし、かさ比重０．０５〜０．３であることを特徴とする。シリカ質原料としては珪石等および石灰質原料は生石灰等の汎用原料が用いられる。
【００２４】
次に、図７から図１０に示した表を参照して、実施例１から１４を説明する。
実施例１〜１４は、図７に示す原料配合および製造条件に基づいて製造した。原料配合は全体を質量％で表示してある。
実施例１および実施例５〜１４は、各原料配合による混合物に６倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた単層のグリーンシートを図７の製造条件に示す５〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、厚さ１０ｍｍ程度の単層板を得た。この板を蒸気養生後自然養生して硬化させ供試体とした。
【００２５】
実施例２は、図７に示す配合の内、表・裏面層を構成する配合物に１０倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いて丸網式抄造機により得られた単層のグリーンシートを１Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、厚さ１．６ｍｍの表層用および裏層用の生板を得た。
さらに、図７に示す配合の内、中間層を構成する配合物に６倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた６ｍｍのグリーンシートを裏層用の生板の上に積層し、さらにその上に表層生板を積層したものを１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、合計厚さ８ｍｍの生積層板を得た。この生板を蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
【００２６】
実施例３は、実施例２と同様の方法で、厚さ１．７ｍｍの表層用および裏層用の生板および７ｍｍの中間層用生板を得た。これを積層する際に、開口５×５ｍｍのビニロンネットを裏層と中間層の間および中間層と表層の間に挟み込み、１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、合計厚さ９ｍｍの生積層板を得た。この生板を蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
【００２７】
実施例４は、図７に示す配合の内、表・裏面層を構成する配合物に１０倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いて丸網式抄造機により得られた単層のグリーンシートを１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、蒸気養生後自然養生して硬化させ、厚さ１．５ｍｍの表層用および裏層用の硬化板を得た。さらに、図７に示す配合の内、中間層を構成する配合物に６倍の水を加えて得られるスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた６ｍｍのグリーンシートを６Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、蒸気養生後自然養生して硬化させ、６ｍｍの硬化板を得た。
次に、裏層用の硬化板の上にセメントペーストにＳＢＲラテックス１０％を混合したバインダーを塗布し、その上に開口５×５ｍｍの耐アルカリガラス繊維ネットを重ね、中間層硬化板を積層し、さらにその上にセメントペーストにＳＢＲラテックス１０％を混合したバインダーを塗布し、開口５×５ｍｍの耐アルカリガラス繊維ネットを重ね、表層硬化板を積層し、３Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、合計厚さ１０ｍｍの生積層板を得た。この積層板を再度蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
これらの板を乾燥して試験を行った。結果を図８の表に示してある。
【００２８】
比較例１〜８は、図９に示す原料配合および製造条件に基づいて製造した。各原料配合による混合物に６倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた単層のグリーンシートを図９の製造条件に示す１０〜２５Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、厚さ１０ｍｍ程度の単層板を得た。この板を蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
なお、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物のゾノトライト系はかさ比重０．１５のものを用いたが、比較例５のみ水熱合成が不十分なかさ比重０．４０の水熱合成物を使用した。
比較例９は、市販されているかさ比重０．８で厚さ８ｍｍの無石綿けい酸カルシウム板を使用した。
比較例１０は、市販されている厚さ９ｍｍの構造用合板を使用した。
実施例と同様にこれらの板を乾燥して試験を行った。結果を図１０の表に示してある。
【００２９】
図９、図１０の表に示すとおり、実施例は比較例に比べて軽量かつ曲げ強度に優れ、釘打性および釘保持力にも優れており、軽量にも関わらず壁倍率については大幅な向上が図られている。比較例４は繊維量が多すぎるために不燃性が得られず、実施例は比較例１０に比べ、曲げ強度はほぼ近似したものであり、長さ変化率が大幅に低減され壁倍率も同等以上の性能が得られた。不燃性についても比較例１０の可燃物に対しいずれの実施例も準不燃材料以上であった。また、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物以外の軽量材としてパーライトを用いた比較例６は、比重は小さいが曲げ強度が低く長さ変化率も大きい。
以上の通り、各実施例は、従来の無機質板に比べ大幅に品質が向上し、構造用合板の代替として充分に優れた性能を有しているといえる。
【００３０】
なお、図７、図９の表のけい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、粉末珪石と生石灰を原料とし、酸化カルシウム／シリカモル比０．８３とし、１０％のスラリー濃度で撹拌式オートクレ−ブにより水熱合成した。トバモライト系は１８０℃で３時間水熱合成し、かさ比重０．１３のものを用いた。また、ゾノトライト系は１９５℃で４時間水熱合成し、かさ比重０．１５のものを用いた。
比較例５に用いた水熱合成物は１４０℃で５時間水熱合成し、かさ比重０．４０のものを用いた。
比重試験は、ＪＩＳ Ａ ５４３０に従って測定した。
曲げ試験は、ＪＩＳ Ａ ５４３０に従って測定した。
長さ変化率は、ＪＩＳ Ａ ５４３０に従って測定した。
釘打性：壁倍率試験体作成の際、目視により釘打ちによる試験板の割れ、亀裂を観察し釘打ち性の評価とした。異常がなく良好なものを○、やや異常があるものを△、異常なものを×で示した。
釘保持力は、壁倍率試験後の試験体の釘打ち部を目視により観察し、釘穴の拡大、割れ、亀裂を観察し釘保持力の評価とした。異常がなく良好なものを○、やや異常があるものを△、異常なものを×で示した。
壁倍率は、（財）日本建築センター「低層建築物の構造耐力評定に関する技術規定（木質系）」の日本式に従って実施した。
防火材料試験は、不燃材料は昭和４５年建設省告示第１８２８号に規定する方法に従って実施した。また、準不燃材料および難燃材料は昭和５１年建設省告示第１２３１号に規定する方法に従って実施した。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１から請求項５記載の発明では、軽量、不燃性、寸法安定性、壁倍率、釘打ち性に優れており、軽量無機質材としては高強度性を有した無機質耐力面材を得ることができ、構造用合板の代替として使用することができる。
特に、請求項３記載の発明では、ネット層を設けてあることで、より高強度の無機質耐力面材を得ることがる。
【００３２】
請求項６および請求項７記載の発明では、不燃性であり、耐久性に優れ、釘保持力が高く且つ長さ変化率が小さい耐力面材として使用可能な無機質耐力面材を製造ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単層無機質耐力面材の断面図である。
【図２】３層無機質耐力面材の断面図である。
【図３】ネット２層を含む３層無機質耐力面材の断面図である。
【図４】フローオン抄造装置を用いたネット１層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【図５】フローオン抄造装置と丸網式抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【図６】フローオン抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【図７】本発明の実施例を表にした図である。
【図８】本発明の実施例を表にした図である。
【図９】本発明の比較例を表にした図である。
【図１０】本発明の比較例を表にした図である。
【符号の説明】
１ 単層板
２ 表層
３ 中間層
４ 裏層
５ ネット
６ 原料スラリー
７ サクションボックス
８ フェルト
９ ロールプレス
１０ 吸着積層装置
１１ プレス機
１２ メーキングロール
１３ スラリーバット
１４ ワイヤーシリンダー
【発明の属する技術分野】
本発明は、木造住宅用耐力面材等として広く使用されている木質構造用合板の代替として使用する無機質耐力面材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に住宅は、地震や風圧により横からの荷重を受けることがあり、このような荷重を考慮した設計をする必要がある。そのため、木造の住宅では耐力面材として、強度を増すために、木質構造用合板が広く使われている。
これに対し、無機質系材料としては、従来からけい酸カルシウム板などの繊維補強セメント板、石膏ボードあるいは木毛セメント板などの木繊維補強セメント板などが用いられているが、耐力面材としての強度が不足しているため、構造用合板の代替品として使用可能な性能が得られていないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、木質構造用合板は、可燃物であり耐久性に優れているとは言い難い。また、森林伐採による環境破壊および接着剤による住環境上の問題も指摘されている。
一方、けい酸カルシウム板などの繊維補強セメント板、石膏ボードあるいは木毛セメント板などの窯業系ボード類は、耐力面材としての強度が不足しており、材質が脆いため、釘打ちに対する釘打性が悪くかつ釘の保持力も低いという問題を抱えている。
【０００４】
そこで、本発明の第１の目的は、不燃性であり、耐久性に優れ、釘保持力が高く且つ長さ変化率が小さい耐力面材として使用可能な無機質耐力面材を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、不燃性であり、耐久性に優れ、釘保持力が高く且つ長さ変化率が小さい耐力面材として使用可能な無機質耐力面材の製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、無機質耐力面材が、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られ、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および壁倍率２．５以上であることにより、前記第１の目的を達成する。
【０００６】
請求項２記載の発明では、無機質耐力面材が、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られ、１種または２種以上のグリーンシートを複数層積層してなり、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および壁倍率２．５以上であることにより、前記第１の目的を達成する。
【０００７】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、１種または２種以上のグリーンシートを複数層積層してなるグリーンシート層に、ネット層を１層以上含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２または請求項３記載の発明において、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物はかさ比重０．０５〜０．３であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の発明において、補強繊維としては、パルプ繊維が３〜１５質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維が０〜２質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維が０〜２質量％からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明では、無機質耐力面材を、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形してなる単層または複層のグリーンシートを、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生してなることにより、前記第２の目的を達成する。
【００１１】
請求項７記載の発明では、無機質耐力面材を、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形してなる単層または複層で、少なくとも１層以上のネット層を含むグリーンシートを、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生してなることにより、前記第２の目的を達成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図１ないし図１０を参照して、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る単層無機質耐力面材の断面図であり、図２は、３層無機質耐力面材の断面図である。
また、図３は、ネット２層を含む３層無機質耐力面材の断面図である。
これらの無機質耐力面材は、セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるトバモライト系および・またはゾノトライト系等を主体とした、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、補強繊維３〜１８質量％および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られるグリーンシートを、１種類の配合による単層構造とすること（図１）、同グリーンシートを１種類の配合または２種類以上の配合による複層構造とすること（図２）、前記単層構造および複層構造に１層以上のネット層５を設けた構造とすること（図３）で、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および長さ変化率の小さい壁倍率２．５以上としてある。
【００１３】
これらの無機質耐力面材で用いるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、予め石灰質原料とシリカ質原料を用い、シリカに対する酸化カルシウムのモル比が０．５５〜１．１０である５〜１５％濃度のスラリーを撹拌式オートクレーブを用いて１５０〜２３０℃で水熱合成してなり、かさ比重０．０５〜０．３である。
シリカ質原料としては珪石、けい藻土、シリカヒューム等があり、石灰質原料としては生石灰等の汎用原料が用いられる。これらのけい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、トバモライト系および・またはゾノトライト系等であり、かさ比重は０．０５〜０．３であり、その配合量は５〜５０％である。
【００１４】
ここで、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物のかさ比重が０．０５未満では、耐力面材としての必要強度および釘の保持力が得られず、一方、０．３を超えると、耐力面材の軽量化および良好な釘打ち性の確保が困難である。
また、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物の配合量は、５質量％未満では耐力面材の軽量化および良好な釘打ち性の確保が困難であり、長さ変化率が大きくなる。一方、５０質量％を超えると耐力面材としての必要強度および釘の保持力を得ることができない。
【００１５】
補強繊維としては、パルプ３〜１５質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維が０〜２質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維が０〜２質量％配合してある。
パルプは、無機質耐力面材の曲げ強度の向上に必要であり、且つ釘打ちに対する亀裂や割れを防止しさらに釘保持力を向上させるのに特に有効である。パルプの配合量は３質量％未満では釘打ち加工性に対し充分でなく、一方、１５質量％を超えると、長さ変化率が大きくなり耐久性が劣ってしまう。
【００１６】
また、パルプ以外の繊維として、耐力面材としての曲げ強度および壁倍率等を向上させるために、耐力面材を構成するマトリックスの曲げヤング率より高いヤング率を有する５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維を配合する。加えて、耐衝撃性の向上や釘打ちに対する亀裂や割れを防止しさらに釘保持力に対する性能を向上させるために、耐力面材の曲げヤング率よりも低いヤング率を有する５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維を配合する。
ここで、ヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維としては、ポリビニルアルコール繊維、ポリノジック繊維、アラミド繊維、麻繊維等の有機繊維およびガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維等がある。一方、ヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、ポリ塩化ビニル繊維等の有機繊維がある。
【００１７】
繊維長は、３〜１２ｍｍであり、好ましくは３〜６ｍｍである。これらパルプ以外の繊維の配合量は３質量％を超えると繊維分が過剰となり表面性が劣る。また、パルプも含む繊維量合計が１８重量％を超えると、不燃性を得ることができない。
【００１８】
本実施の形態は、これらの構成材料を用いて軽量であり、曲げ強度が高く、長さ変化率の小さい釘打ち性や釘保持力に優れた壁倍率２．５以上であることを特徴とする耐力面材を達成し得る。さらに、複層化することにより壁倍率性能を向上することができる。
複層化としては、２〜３層構造が好ましい。複層化の方法としては、抄造過程においてグリーンシート状態にて積層する方法から各層を単板として硬化させた後、無機および・または有機質のバインダーにより各層を接合する方法まで任意に選択することができる。
けい酸カルシウム系軽量水熱合成物を配合した無機質耐力面材は、かさ比重が０．５〜１．２であり、複層化した場合には各層のかさ比重はこの範囲で実施できる。また、複層化した場合の各層の配合はそれぞれの必要性能により本発明の配合の範囲内で任意の配合が選択可能である。
【００１９】
この無機質耐力面材の製造方法としては、セメント、けい酸カルシウム系水熱合成物および補強繊維からなる配合物をスラリー状にして抄造法によりグリーンシートを成形し、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生して無機質耐力面材を得る。
この製造には、丸網式抄造機、長網式抄造機、フローオン抄造機等の連続式抄造法および脱水プレス法等のバッチ式成形法等の汎用の製造方法が用いられる。これらの方法の単独または組合せにより単層または複層構造の無機質耐力面材を得ることができる。
成形圧は、１Ｎ／ｍｍ2未満では必要強度、釘保持力および表面平滑性が得られず、一方、２０Ｎ／ｍｍ2 を超えると軽量化が図れず釘打ち性も困難となる。 無機質耐力面材の養生としては、自然養生、湿潤養生、蒸気養生およびオートクレーブ養生があるが、養生時間の短縮および釘打性等の加工性のためには蒸気養生が好ましい。
【００２０】
図３に示すように、必要に応じて性能向上のためネットを単層または複層の層内および・または層間に複合することができる。ネットの複合化は、無機質耐力面材の性能向上、特に壁倍率の向上に有効である。また、ネットを複合させることにより補強繊維の配合量を減じることが可能となる。
図４から図６は、ネットを含む無機質耐力面材の製造方法を示した図である。
図４は、フローオン抄造装置を用いてネット１層を形成する無機質耐力面材の製造方法を示した図であり、図５は、フローオン抄造装置と丸網式抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図であり、図６は、フローオン抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【００２１】
ここで、ネットを挿入する方法としては、抄造時および抄造過程においてグリーンシート状態にて積層する際に挿入する方法がある。この際には、ネットと成形層との密着性の向上のため、セメントペースト、水ガラス、シリカフューム、シリカゲルおよびアルミナゲル等の無機質バインダーやアクリル系エマルジョン、ＳＢＲ等の合成ゴムラテックスおよび酢酸ビニル系エマルジョン等の有機質バインダーおよびこれらを複合させたバインダーの使用が有効である。
また、各層を単板として硬化させた後無機および有機質のバインダーを使い、各層を板材のみであるいはネット層を挟み込む形で接合することも可能である。
【００２２】
ネットとしては、ポリビニルアルコール繊維、ポリノジック繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、麻繊維等の有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維および金属繊維等からなるものがある。ネットは板全体に挿入すること、および・またはネットテープ状としたものを四周および・または中間部に挿入する。
この図３に示すネットを挿入した無機質耐力面材の製造方法としては、セメント２０〜６０質量％、予め用意されたけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、補強繊維３〜１８質量％および充填材０〜６０質量％からなる配合物を水で混練してスラリーとし、丸網式抄造機、長網式抄造機、フローオン抄造機、脱水プレス成形機等により湿式成形して得られるグリーンシートを、１種類の配合による単層構造とすること、同グリーンシートを１種類の配合または２種類以上の配合による複層構造とすること、前記単層構造および複層構造に１層以上のネット層を設けた構造の複合グリーンシートを１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生して板材を得る。
また、前記複層構造において各層を単板として硬化させた後無機および・または有機質のバインダーにより各層を板材のみであるいはネット層を挟み込む形で接合し、１〜１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で圧着したのち養生して板材を得る。
この圧着は、図４から図６に示すように、吸着積層装置１０により積層した後、プレス機１１で圧力をかけることにより行う。
【００２３】
けい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、予め石灰質原料とシリカ質原料を用い、シリカに対する酸化カルシウムのモル比が０．５５〜１．１０である５〜１５％濃度のスラリーを撹拌式オートクレーブを用いて１５０〜２３０℃で水熱合成してなるトバモライト系および・またはゾノトライト系統を主体とし、かさ比重０．０５〜０．３であることを特徴とする。シリカ質原料としては珪石等および石灰質原料は生石灰等の汎用原料が用いられる。
【００２４】
次に、図７から図１０に示した表を参照して、実施例１から１４を説明する。
実施例１〜１４は、図７に示す原料配合および製造条件に基づいて製造した。原料配合は全体を質量％で表示してある。
実施例１および実施例５〜１４は、各原料配合による混合物に６倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた単層のグリーンシートを図７の製造条件に示す５〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、厚さ１０ｍｍ程度の単層板を得た。この板を蒸気養生後自然養生して硬化させ供試体とした。
【００２５】
実施例２は、図７に示す配合の内、表・裏面層を構成する配合物に１０倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いて丸網式抄造機により得られた単層のグリーンシートを１Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、厚さ１．６ｍｍの表層用および裏層用の生板を得た。
さらに、図７に示す配合の内、中間層を構成する配合物に６倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた６ｍｍのグリーンシートを裏層用の生板の上に積層し、さらにその上に表層生板を積層したものを１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、合計厚さ８ｍｍの生積層板を得た。この生板を蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
【００２６】
実施例３は、実施例２と同様の方法で、厚さ１．７ｍｍの表層用および裏層用の生板および７ｍｍの中間層用生板を得た。これを積層する際に、開口５×５ｍｍのビニロンネットを裏層と中間層の間および中間層と表層の間に挟み込み、１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、合計厚さ９ｍｍの生積層板を得た。この生板を蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
【００２７】
実施例４は、図７に示す配合の内、表・裏面層を構成する配合物に１０倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いて丸網式抄造機により得られた単層のグリーンシートを１０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、蒸気養生後自然養生して硬化させ、厚さ１．５ｍｍの表層用および裏層用の硬化板を得た。さらに、図７に示す配合の内、中間層を構成する配合物に６倍の水を加えて得られるスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた６ｍｍのグリーンシートを６Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、蒸気養生後自然養生して硬化させ、６ｍｍの硬化板を得た。
次に、裏層用の硬化板の上にセメントペーストにＳＢＲラテックス１０％を混合したバインダーを塗布し、その上に開口５×５ｍｍの耐アルカリガラス繊維ネットを重ね、中間層硬化板を積層し、さらにその上にセメントペーストにＳＢＲラテックス１０％を混合したバインダーを塗布し、開口５×５ｍｍの耐アルカリガラス繊維ネットを重ね、表層硬化板を積層し、３Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、合計厚さ１０ｍｍの生積層板を得た。この積層板を再度蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
これらの板を乾燥して試験を行った。結果を図８の表に示してある。
【００２８】
比較例１〜８は、図９に示す原料配合および製造条件に基づいて製造した。各原料配合による混合物に６倍の水を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてフローオン抄造機により得られた単層のグリーンシートを図９の製造条件に示す１０〜２５Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形し、厚さ１０ｍｍ程度の単層板を得た。この板を蒸気養生後自然養生して硬化させて供試体とした。
なお、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物のゾノトライト系はかさ比重０．１５のものを用いたが、比較例５のみ水熱合成が不十分なかさ比重０．４０の水熱合成物を使用した。
比較例９は、市販されているかさ比重０．８で厚さ８ｍｍの無石綿けい酸カルシウム板を使用した。
比較例１０は、市販されている厚さ９ｍｍの構造用合板を使用した。
実施例と同様にこれらの板を乾燥して試験を行った。結果を図１０の表に示してある。
【００２９】
図９、図１０の表に示すとおり、実施例は比較例に比べて軽量かつ曲げ強度に優れ、釘打性および釘保持力にも優れており、軽量にも関わらず壁倍率については大幅な向上が図られている。比較例４は繊維量が多すぎるために不燃性が得られず、実施例は比較例１０に比べ、曲げ強度はほぼ近似したものであり、長さ変化率が大幅に低減され壁倍率も同等以上の性能が得られた。不燃性についても比較例１０の可燃物に対しいずれの実施例も準不燃材料以上であった。また、けい酸カルシウム系軽量水熱合成物以外の軽量材としてパーライトを用いた比較例６は、比重は小さいが曲げ強度が低く長さ変化率も大きい。
以上の通り、各実施例は、従来の無機質板に比べ大幅に品質が向上し、構造用合板の代替として充分に優れた性能を有しているといえる。
【００３０】
なお、図７、図９の表のけい酸カルシウム系軽量水熱合成物は、粉末珪石と生石灰を原料とし、酸化カルシウム／シリカモル比０．８３とし、１０％のスラリー濃度で撹拌式オートクレ−ブにより水熱合成した。トバモライト系は１８０℃で３時間水熱合成し、かさ比重０．１３のものを用いた。また、ゾノトライト系は１９５℃で４時間水熱合成し、かさ比重０．１５のものを用いた。
比較例５に用いた水熱合成物は１４０℃で５時間水熱合成し、かさ比重０．４０のものを用いた。
比重試験は、ＪＩＳ Ａ ５４３０に従って測定した。
曲げ試験は、ＪＩＳ Ａ ５４３０に従って測定した。
長さ変化率は、ＪＩＳ Ａ ５４３０に従って測定した。
釘打性：壁倍率試験体作成の際、目視により釘打ちによる試験板の割れ、亀裂を観察し釘打ち性の評価とした。異常がなく良好なものを○、やや異常があるものを△、異常なものを×で示した。
釘保持力は、壁倍率試験後の試験体の釘打ち部を目視により観察し、釘穴の拡大、割れ、亀裂を観察し釘保持力の評価とした。異常がなく良好なものを○、やや異常があるものを△、異常なものを×で示した。
壁倍率は、（財）日本建築センター「低層建築物の構造耐力評定に関する技術規定（木質系）」の日本式に従って実施した。
防火材料試験は、不燃材料は昭和４５年建設省告示第１８２８号に規定する方法に従って実施した。また、準不燃材料および難燃材料は昭和５１年建設省告示第１２３１号に規定する方法に従って実施した。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１から請求項５記載の発明では、軽量、不燃性、寸法安定性、壁倍率、釘打ち性に優れており、軽量無機質材としては高強度性を有した無機質耐力面材を得ることができ、構造用合板の代替として使用することができる。
特に、請求項３記載の発明では、ネット層を設けてあることで、より高強度の無機質耐力面材を得ることがる。
【００３２】
請求項６および請求項７記載の発明では、不燃性であり、耐久性に優れ、釘保持力が高く且つ長さ変化率が小さい耐力面材として使用可能な無機質耐力面材を製造ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単層無機質耐力面材の断面図である。
【図２】３層無機質耐力面材の断面図である。
【図３】ネット２層を含む３層無機質耐力面材の断面図である。
【図４】フローオン抄造装置を用いたネット１層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【図５】フローオン抄造装置と丸網式抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【図６】フローオン抄造装置を複数機組み合わせて用いたネット２層を含む無機質耐力面材製造方法を示した図である。
【図７】本発明の実施例を表にした図である。
【図８】本発明の実施例を表にした図である。
【図９】本発明の比較例を表にした図である。
【図１０】本発明の比較例を表にした図である。
【符号の説明】
１ 単層板
２ 表層
３ 中間層
４ 裏層
５ ネット
６ 原料スラリー
７ サクションボックス
８ フェルト
９ ロールプレス
１０ 吸着積層装置
１１ プレス機
１２ メーキングロール
１３ スラリーバット
１４ ワイヤーシリンダー
Claims (7)
- セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られ、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および壁倍率２．５以上であることを特徴とする無機質耐力面材。
- セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形して得られ、１種または２種以上のグリーンシートを複数層積層してなり、かさ比重０．５〜１．２、曲げ強度１０〜３０Ｎ／ｍｍ2および壁倍率２．５以上であることを特徴とする無機質耐力面材。
- １種または２種以上のグリーンシートを複数層積層してなるグリーンシート層に、ネット層を１層以上含むことを特徴とする請求項２記載の無機質耐力面材。
- 予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物はかさ比重０．０５〜０．３であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の無機質耐力面材。
- 補強繊維としては、パルプ繊維が３〜１５質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2以上の繊維が０〜２質量％およびヤング率５ｋＮ／ｍｍ2未満の繊維が０〜２質量％からなることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の無機質耐力面材。
- セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形してなる単層または複層のグリーンシートを、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生してなることを特徴とする無機質耐力面材の製造方法。
- セメント２０〜６０質量％、予め石灰質原料とシリカ質原料を水熱合成してなるけい酸カルシウム系軽量水熱合成物５〜５０質量％、且つかさ比重０．０５〜０．３、補強繊維３〜１８質量％であり、且つこの補強繊維のうちパルプ繊維が３〜１５質量％を占め、および充填材０〜６０質量％からなる配合物を湿式成形してなる単層または複層で、少なくとも１層以上のネット層を含むグリーンシートを、１〜２０Ｎ／ｍｍ2のプレス圧で加圧成形したのち養生してなることを特徴とする無機質耐力面材の製造方法。
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