JPH07503191A - 廃プラスチックの芯材を持つ複合構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 廃プラスチックの芯材を持つ複合構造体およびその製造方法 本発明は、一般的に複合構造用材料およびその製造方法に関し、より具体的には 本発明は、安価に製造でき、軽量で、強度が大きく、耐久性があり、ひび割れし にくく、一体的に形成された複合構造用材料およびその製造方法に関する。この 複合材料は、セメントのスラリーの結合材で互いに結合した軽量で粒状の屑また は廃プラスチックから形成された芯材がら成る。芯材は、その表面の１つまたは 複数を、複数層の不織布材料から構成された強度の大きな外層によって覆われて いる。上記不織布材料は、上記芯材と同じセメントのスラリーの結合材を浸み込 ませてあり、不織布材料層内の繊維が、セメントのスラリーにたいする３次元の 強化マトリックスを形成している。この芯材と外層の複合材料は、同時に形成さ れて一体的に硬化させられる。セメントのスラリーは、不織布層の繊維、および 芯材の骨材の働きをする軽量な屑または廃プラスチックから成る芯材の全体にわ たって連続している。この複合構造用材料は、多様な用途のために種々の形状と 外形とに型成形または形成される。

′−′の！日 いろいろな種類の複合構造用材料がよく知られており、所望の構造物に形成する ことによりいろいろな目的に使用されている。複合構造用材料は、しばしば、強 度の大きな材料からなる外層によって覆われたまたは部分的に覆われた軽量な芯 材を含むパネルに形成される。芯材は通常軽量であるという特性と断熱性を与え 、外層は強度、耐久性、耐火性そして場合によっては外観上の特性を与える。芯 材を形成するため、および予め形成された芯材にいろいろな材料からなる外側の 表皮、層または被覆を付設するために、いろいろな方法が開発されてきた。

１９８５年３月　１９日に認可され、本発明と一緒に所有されている米国特許第 ４，５０５．４４９号は、軽量な発泡芯材と芯材の幾つかの部分を覆うセメント 材料の塗層を持つ基台を開示している。米国特許第４，３０３．７２２号は、熱 硬化性高分子と石膏の混合物を用いて、予め形成させた発泡材のパネルに、無機 繊維の布状体を結合することによって造られるパネルを開示している。米国特許 第４，５５９，２６３号は、予め形成させた発泡プラスチック樹脂の板にコンク リートの層を結合させて、屋根葺き用のパネルを形成するという考えを開示して いる。米国特許第４，６１７，２１９号は、セメント組成物中に埋め込まれる不 織布の強化材を用いた強化セメントの構造を開示する。米国特許第４，７７８， ７１８号は、パネルの厚さの全体にわたって均一に分布させた３次元の繊維で強 化した、セメントマトリックスからなるパネルを開示している。米国特許第４， ８９４，２７０号は、ポリマーの繊維で強化したセメント材の多層構造を開示す る。米国特許第４．９６３，４０８号は、予め形成させた芯材が、荷重を支える 強化繊維とポリマーとからなる外層によって包覆されたパネルを開示する。

上記の特許と上記の特許の中で引用された先行技術および米国特許第４，０５０ ，６５９号、第４，０５６，２５１号、第４゜３０５．５０８号、　第４，４３ ６，２７４号、　第４，７１４，７１５号、　第４，７６４゜２３８号、第４， ８７６．１５１号は、本発明と関連がある。

上記の先行特許は、いろいろな複合構造を開示しているが、屑または廃プラスチ ックとセメントのスラリーの結合材とから形成される芯材と、不織布材の層と芯 材の結合材として用いられるのと同じスラリーであるセメントのスラリーとから 形成される外被層とがら構成され、複合材料の構成要素が一諸に成形されがっ一 体的に形成および硬化させられる具体的な構成を開示していない。

ｌユニ１遣 本発明の１つの目的は、芯材と、芯材の１つまたは複数の面上の外層とから構成 され、大きな柔軟性と粘り強さを持ち、強度か大きく、軽量で、安価に製造でき る構造用の材料を提供するために、１つの複合構造用材料およびその製造方法を 提供することである。

本発明のもう１つの目的は、上記の目的において説明した複合構造用材料であっ て、以下のような構成を有する材料を提供することである。すなわち、複合構造 用材料の芯材は、セメントのスラリーと組み合わされた粉砕された廃プラスチツ ク材料、例えば産業上または消費者から廃棄された膨張ポリスチレンからなる軽 量なプラスチックの骨材から造られるとともに、外層は、繊維の体積充填率が３ 〜２０％であり、ポリプロピレン繊維のような繊維材料の不織布から構成される 繊維による強化体の形をしている。この芯材は、セメントのスラリーの結合材と 骨材としての軽量な粒状のプラスチックで造られる極めて軽いコンクリートであ る。芯材と、１つまたは複数の外層は、この複合構造用材料を製造するために、 同じセメントのスラリーを使用して造られ、−諸に成形され一体的に硬化させら れる。

本発明のさらにもう１つの目的は、大きな強度と粘り強さ／変形性、軽さ、低浸 透性、断熱能力、耐火性、低コストなどの要求を実際上満足し、かつ長い寿命を 持つ、前記した目的に合致する複合構造用材料を提供することである。

上記の目的は、以下、次第に明らかになるであろう他の目的および利点とともに 、この後に説明され請求される構成と作用の詳細中に存する。そこでは、この明 細書の１部を構成し、全図を通して同じ番号は同じ部品を指している添付の図面 が参照される。

の　な！　０ 図１は、本発明の複合構造用材料を利用したパネルの斜視図である。

図２は、この発明の複合構造用材料を形成する要素の具体的な構成を示す拡大さ れた断面図である。

図３は、骨材と芯材、被覆層の繊維とスラリーの結合材の関係を示している、図 ２よりも大きな拡大率の断片の断面図である。

ましい実施　の！■ 図面を参照すると、パネルまたは合板の形の複合構造用材料が図１に示されてい る。複合構造用材料は、全体的に参照数字１０で示されている。複合構造用材料 １０は、全体が参照数字１２で示されている芯材と、パネルの１つの表面または 互に反対位置にある表面の両方の上またはすべての端面およびすべての表面の周 りに広がっていてもよい全体的に参照数字１４で示されている外層を含む。芯材 １２は、参照数字１６で示されているような、その内部に設けられた通路、導入 、配管、配線などを含んでもよい。互に反対側にある端面に、舌１８と溝２０の ような接続および位置を揃えるための部材を設けてもよい。これらは、２つの互 に反対側にある端面だけに設けてもよ（、また４つのすべての端面に設けてもよ い。外被覆または外層１４は、パネルの内側表面と外側表面を形成し、所望の建 築仕上げ特性が得られるようにするために、外観を目的として、形成したり仕」 二げたりするときにプラスチックのような種々の材料や、被覆、塗装、溝つけな どによりテクスチャ（肌理）や色をつけることができる。

図２と図３に示したように、芯材は、芯村内の骨材を構成する粒状にされるかま たは粉砕された廃プラスチツク材料、例えば膨張させたポリスチレンから造られ 、この骨材は、骨材を密接に取り囲むとともに硬化したときに骨材を互に結合し て堅固な形にするセメントのスラリーの結合材２４を持つ。

外被または外層１４は、織られていない繊維２８を含む不織布２６の３次元の布 状物を含む。セメントのスラリーの結合材３０が繊維２８を密接に取り囲み、セ メントのスラリーの結合材が硬化するときに繊維２８を結合する。芯材中のセメ ントのスラリーからなる結合材２４は、外層または外被中のセメントのスラリー からなる結合材３０と同じであり、芯材および外層の構成要素は、−緒に成形さ れて一体的に硬化させられ、硬化して堅くなったスラリーの結合材２４と３０は 、一体となって１つまたは複数の外層によって強度され堅固化された極めて軽い 芯材を提供し、芯材と１つまたは複数の外層は一体物に堅く形成される。

本発明の１つの実施例では、荷重を支える壁パネル（長さ８ヤードＸ　幅４ヤー ドＸ　厚さ２．５インチ）を、本発明にしたがって作成した。セメントのスラリ ーを、可搬モルタル混合器内で混合した。セメントのスラリーを、　ボートラン ドセメント１０重量部、細かい砂５重量部、微細シリカ１重量部、水４重量部、 および水で減力した超可塑剤０．　１重量部から作った。

全体で２５０ポンドであった。１平方ヤード当り８オンスの重さで、１／４イン チのロフトを持つ、針で穴を開けられたポリプロピレンの形の不織布材料の４枚 のシートを、４ヤード×８ヤードの大きさに切断した。

２枚の不織布材料を浅い１０ヤード×５ヤードの平鍋内に置き、５０ポンドのセ メントのスラリーを浸み込ませた。平鍋を振動させ、スラリーを均一に繊維マト リックス内に流した。スラリーを十分浸み込ませた不織布を、適当な型外し剤で 処理した８ヤード×４ヤード、深さ２．５インチの型の底に置いた。

１５０ポンドのスラリーを、廃膨張ポリスチレンの板片を衝撃式粉砕機にかけて 得た膨張ポリスチレンのビード５立方フイートと混合させて、１立方フィート当 り２５ポンドの比重の極めて軽い６立方フイートのコンクリートを作った。次に 、型に入れられスラリーを浸み込ませた外層または外被を形成する不織布の上に 、この５立方フイートの超軽量芯材混合物を置いて振動させ、型の上端と同じ高 さになるまで流した。他の２枚の不織布に、上記の不織布と同じようにして残り の５０ポンドのスラリーを浸み込ませ、スラリーの浸み込んだこの不織布の層を 、型内の超軽量芯材の上面に置いた。次に１０ヤード×５ヤードの平らな板を、 スラリーの浸み込んだ上面の不織布層を押すように当て、この複合混合物を２． ５インチの型の高さまで圧縮するのに十分な力で押した。超軽量コンクリート芯 材を強固にし、かつ芯材と１つまたは複数の外層の両方の全体にセメントのスラ リーを均一に分布させるために、この圧縮の間、型の全体を外部から振動させた 。

次に平らな板を取り除き、複合材を型の中にそのまま置いて２４時間一体的に硬 化させた。

２４時間後、複合パネルを型から取り出し、８ヤード×４ヤード×　厚さ２．５ インチで１平方フィート当り約７ボンドの重さのパネルが得られた。芯材の厚さ は約１．７５インチであり、各外層の厚さは約３／８インチであった。このパネ ルから試験用の梁が切り取られ、これらの試験用の梁は長さ２４インチ、幅６イ ンチおよび厚さ２．５インチであった。これらの試験用の梁は、２８日の硬化期 間の後、１８インチのスノくン（支点間の距離）に第３の点荷重を用いることに よって曲げ強度が測定され、平均曲げ強度は−ｐｓｉであった。この曲げ強度は 、厚さが６インチで１平方フィート当りの重さが約４０ポンドになるように造ら れたときの先行技術のパネルとほぼ同等である。芯材は、重量でポートランドセ メント１０部、細かい砂５部、微細シリカ１部、水２１／２〜６部、および超可 塑剤Ｏ〜０，５部を含むスラリー１部につき骨材約４部とするのが好ましい。外 被または外層中の繊維の体積は３〜２０％の範囲であり、膨張ポリスチレンのビ ードの大きさは、公称サイズで１／１６インチ〜１／４インチである。

この構成は、スラリーが型の滑らかな表面を作り出し、不織布を構成する繊維を 完全に包み込み隠すので、パネルおよび外層に滑らかな外観を与える。

複合構造用材料を造るのに際し、廃棄された膨張ポリスチレンを使用することは 、生物により分解されない物質を環境から取り除き、かつ建築や他の分野におい て多数の使途を見出し得る比較的安価に製造できるパネル、合板または他の構造 要素を提供する。この軽量で安価に製造でき、断熱性、耐火性があり、環境的に も有利な構造は、種々の機械、建造物などの支持基台や合板として使用すること が可能である。

本発明にしたがって製造されたパネルや他の構造要素は、既存のパネルに関して 存在したいろいろな問題を解決する。先行技術における予め形成された発泡芯材 は比較的高価であり、しばしばパネルの最も費用がかかる要素である。また、積 層構造の外層中に使用する材料の選択に関して重要な妥協を余儀なくされる。

先行技術において使用されるコンクリートおよび石膏は、曲げ強度が比較的小さ い。そのため、より重量の大きくなる、より厚い断面積で塗設するか、製造費用 が高くなる重合体と結合させるかしなければならない。

繊維で強化された樹脂や重合体を外層として使用すると、製造費用が高くなり、 セメント材料よりも耐火性が低い。また、予め形成された芯材への外層の結合に は、層剥離の問題がある。さらに、構造物の荷重のもとての層剥離を防止するた めに通常採用しなければならなかった異なる結合剤や比較的複雑な製造方法は、 パネルの製造コストを増大させる。コンクリートの外層を用いて造られるパネル は、鋼または引張り強さの大きい材料で強化してひび割れの発生を防止しなけれ ば、ひび割れや脆さにより破損しやすい性質があり、このことはもちろんパネル を製造するための材料および労働の費用を増大させ、さらに鋼の補強材を使用し たときはパネルが錆や腐食に冒される恐れがある。

先行技術と比較したとき、本発明の構造用材料またはパネルの大きな強度は、外 層と芯材が一緒に成形されそして一体的に形成され硬化させられて、一体構造の 複合材料を提供することから生じる。外層は通常のコンクリートの外観と耐久性 を持つか、強化繊維の量と３次元の方向性のために著しく増大した曲げ強さを持 つ。セメントと軽量な骨材は、先行技術において使用されている特有の比重をも つ予め形成された発泡材料に比べて、ずっと大きな圧縮強さを持つ。また、芯材 と１つまたは複数の外層が全体にわたって連続的にセメントのスラリー結合材で 一体物として形成するので、層剥離が発生するような弱点となる平面は存在しな い。

本発明にかかる複合材料が比較的軽いのは、芯中の骨材として粒状にされるかま たは粉砕された発泡プラスチックを使用していることと、１つまたは複数の外層 の大きな曲げ強さと耐ひび割れ性の両方のためである。外層の優れた性質は、所 望の強度を得るのに先行技術に比べてより薄い断面の設計を可能にする。さらに この複合材料の軽さは、パネルまたは材料の各部分を、制御された環境において 予め製造して、設置すべき遠隔地まで経済的に輸送することを可能にする。

本発明の構造用材料または要素は、外層および芯材の両方の機能である低浸透性 と耐火性も含む。外層は、本質的に、通常のコンクリートと同じ耐火性と耐浸水 性を持つ。さらに芯材中の膨張ポリスチレンが完全にセメントのスラリーによっ て取り囲まれている。このことは、表面の欠陥や建築技法のために外層を通過す ることもあり得る火や水に対して、予め形成された発泡プラスチックが脆弱であ る先行技術よりも優れていることを示す。本発明の複合材料または構造要素はま た、主にその製造に使用される材料と簡単な方法のために、製造コストが低い。

この複合材料の全体は、不織繊維布、再利用される廃膨張ポリスチレン、水和セ メント、水、および目的とするテクスチャを得るための所望の骨材混合物から形 成され、セメントのスラリーと同時に形成され硬化させられるので、先行技術に 比べて労力が少なくてすみかつ簡単な装置と施設が使用できる。

本発明の複合材料は、パネル、支持台板、基台などが現在使用されている多数の 建造用途に使用できる。

例工ば、複合材料の壁パネル、コンピュータや電子機器を支持することを含むい ろいろな目的のための床ノくネル、屋根葺きおよび天井のパネル、減音または音 を減衰させるパネルおよび面、耐火断熱、断熱特性のある超軽量コンクリート、 浮きドックを含む浮力を持つ構造用支持体または要素などである。軽量で、安価 で、強度が大きく、耐火性および断熱性があり、粘り強さおよび曲げ強さか大き いという特性を発揮する、この複合材料の多数の他の用途も存在する。

上記したことは、本発明の詳細な説明としてだけ考えられている。さらにこの分 野の専門家には多数の変更や変形が容易に思い浮ぶであろうので、本発明を、図 示され説明された構成と作用そのものだけに限定することは望まれず、したがっ て適宜な変更および同等なものはすべて本発明の範囲内に含まれるものとみなす 。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　Ｃ３，ＦＩ、　ＨＵ、ＪＰ。

ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　Ｎｏ、　ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ 、ＳＤ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．セメントのスラリーからなる結合材と軽量な粒とを混合して形成した芯材と 、繊維で強化された上記と同様なセメントのスラリーからなる結合材から形成さ れる外層とからなり、上記芯材と上記外層とが一緒に成形され一体的に硬化させ られて、芯材と外層の両者のセメントのスラリーからなる結合材が複合材料の全 体にわたって実質上連続的に広がる堅いマトリックスを形成し、大きな粘り強さ と曲げ強さを持ち、軽量で、安価で、強度が大きく、断熱性および耐火性がある 複合材料を形成する、複合構造用材料。
2. ２．上記芯材中の軽量な粒が、消費者および産業からの廃棄物または屑の膨張ポ リスチレンを粉砕することによって得られる膨張ポリスチレンの粒である請求項 １に記載の複合材料。
3. ３．上記膨張ポリスチレンが１／６インチ〜１／４インチの範囲の最大寸法を持 つビードの形を有する請求項２に記載の複合材料。
4. ４．上記外層の強化繊維が不織布の形態である請求項１に記載の複合材料。
5. ５．サンドウィッチパネルを構成するように、上記芯材が、平らな芯材の２つの 面に、同時に形成された２つの外層を持つ請求項１に記載の複合材料。
6. ６．上記外層の強化繊維が不織布の形態である請求項２に記載の複合材料。
7. ７．浅い型の中に少なくとも１層の不織布の繊維材料を置くステップ、ポートラ ンドセメント、骨材、水および添加材料を含むセメントのスラリーからなる結合 材を型に入れるステップ、型を振動させ結合材を流して不織布材料に結合材を浸 透させるステップ、廃膨張ポリスチレン粒と、上記と同様なセメントのスラリー からなる結合材との混合物を型に入れるステップ、廃膨張ポリスチレン粒と、セ メントのスラリーからなる結合材との混合物を振動させて型の上端と同じ高さに なるまで流し、セメントのスラリーからなる結合材、不織布材料および膨張ポリ スチレン粒を一緒に成形するステップ、型の上から板を当ててその内部の材料を 圧縮し、型の中で材料を一体的に硬化させてパネルを形成するステップの各ステ ップから成る、複合材料の製造方法。
8. ８．さらにもう１つの不織布材料の層に、上記と同様なセメントのスラリーから なる結合材を浸み込ませ、それを型の上に置いてからその上に上板を押しつけて 、複合材料の互いに反対側に位置する面に不織布材料とセメントのスラリーから なる結合材とからなる層を持つパネルを形成するステップが付加された、請求項 ７に記載の複合材料の製造方法。