今夜はFRPの勉強です

我が家のお風呂はFRP製のユニットバスです。「フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』の「ユニットバス」の項(→ http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A6%E3%83%8B%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%90%E3%82%B9 )を調べると、

(以下引用)………………………………………………………
現在につながるFRP製のユニットバスは、日本で開発された。
………………………………………………………(以下終り)

とのことで、やっぱり日本人ってすごいと思いました。

FRPといえば、錆びず高耐久、軽くて高強度、細かな構造にも対応できる材料として今ではいろいろな分野で使用されている複合材料です。

でもFRPって燃えるごみとして出せるんでしたっけ…。ということでFRPについて上っ面だけ調べてみました。

(以下『ウィキペディア』の「繊維強化プラスチック」の項(→ http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B9%8A%E7%B6%AD%E5%BC%B7%E5%8C%96%E3%83%97%E3%83%A9%E3%82%B9%E3%83%81%E3%83%83%E3%82%AF )から引用)………………………………………………………

複合材料において、強化される側の部材を母材(マトリックス)と呼ぶ。繊維強化プラスチックの場合はプラスチック、繊維強化金属の場合は金属、鉄筋コンクリートの場合はコンクリートがそれぞれマトリックスとなる。
………………………………………………………(以下終り)

強化用繊維としては,ガラス(GFRP),カーボン(CFRP),炭化ボロン(BFRP〉などがあり,マトリックスとしては,エポキシ,ポリイミドなどいろいろあります。さらにその製法や強化繊維の入れ方、たとえば繊維の織り方,繊維とマトリックスの重量比,繊維の表面処理など多くのパラメータがあります。いずれにせよパラメータがいろいろなのでその性能の理論的予測が大変困難で、多くの実験データを蓄積していかないといけない難しい材料であるといえます。しかもその劣化度を知るためには長期にわたる暴露試験も必要です。

破壊試験による破断写真の例はこちら(→ http://send.nal.go.jp/send/jpn/dlpdf.php3/naltm0000736.pdf?id=NALTM0000736 )。こちらの方も参考になります(→ http://www.msl.titech.ac.jp/~c_alloys/YTL_main.files/hoteida/gun.html のFig. シャルピー試験によって破断したCFRP積層板、 → http://www.jstage.jst.go.jp/article/jsms/55/3/329/_pdf/-char/ja/ のFig.3)。

金属材料とは全く異なる破断の仕方。でもこんな壊れ方をするモノが他にもありますね。それは竹。

とはいうものの竹の引張り試験なんて実は見たことはありません。意外にスパッと(まではいかずともほぼ同じ位置で)二つに分かれるのかも知れませんよね。それ以前に試験片端部をクランプしようとしてもおそらく繊維が潰れてしまい、つかめないだろうと思います…。

と言うことで、むしろ竹に曲げ荷重を与えたときその反対面が引張り応力によって破断する、その壊れ方のほうがイメージしやすかったですね(表現が稚拙で申し訳ありません…)。

いずれにしろ、竹もFRPも本質的に不均質素材であり、曲げられた時には荷重に耐えられなくなった繊維の順に破断するかのような壊れ方をします。

この竹繊維に注目した研究者はたくさんいて、「天然のガラス繊維」と呼ばれるようになった竹繊維はガラス繊維の代替繊維として期待されています。
京都議定書が定められて以後環境問題が騒々しい昨今、竹は大気中からCO2を取り込んで生長するので焼却の際にCO2は増やさないし、一方放置された竹林が拡大している里山の有効利用も可能と言うことで、なんだかいいことばかりのようです。

しかしながらFRPも竹も、構造物として使うことを考えた時、その接合方法が確立されていないのが難点です。接着剤とボルト接合を試すと、ボルト接合では母材端部に破壊が生じ、接着剤は母材破壊前に接着面がはく離するようですが、ボルト穴を母材のどこに開けるかでたぶん強度も変わることでしょう。

竹素材を顧みた時、ゴルフクラブのヒッコリー製シャフトは鉄製シャフトに座を奪われ、一時CFRPに取って代わられたものの再び鉄(ステンレス)に回帰しています(僕は相変わらずCFRPですが)。テニスラケットにしても、もはや竹の出番はない様子。釣り竿は完全にグラスロッドの天下。構造材としては、足場は杉の木から鋼管パイプに変わりました(ただし東南アジアでは竹足場が使用され続けているとのこと)。
竹単独では構造材として不適ではあるものの、プラスチックと合体することで利用の可能性が出てきたことは面白いのですが、検査する段になるとちょっと厄介かも知れません。

もっとも、すごい日本人ならばその辺の欠点を克服した「BFRP」(Bはバンブー)を開発するでしょう。

まとまりのない記事になってしまいましたが、それが僕のブログらしいところということでご容赦願います。



なお、この記事は3か月ほど前に掲載・削除した文章の修正版です。





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この記事へのコメント

デハボ1000
2009年01月30日 01:24
まあ、事情はともかくとして、鉄筋コンクリートの鉄筋の代わりに竹を使った事例がありますしね。
FRPはトラバント(爆)とか京王線3000系の登場時の先頭車とか、探せばいろいろありますな。
悪魔
2009年01月30日 16:34
オーネットコールマンが持っていたサキソフォンはFRP?プラスティック?釣り竿は,小学生の頃買った六角竿は今や高級品。近年,身近なものはカナディアンカヌーのボディ。トラバントって紙製だと思っていました。これは話を面白くするためのデマ?ゼロヨンに凝っている知り合いがスカGのボディをFRPに替えて軽量化を図ってましたが,おまえが痩せろよと言いたくなる様なデブでした。アラミドはお高いから小型船舶関係はFRPが主流ですね。
niwatadumi
2009年01月30日 20:55
デハボ1000さん、こんばんは。
実は「しなり」については興味を持っています。疲労破壊関連で。

>探せばいろいろありますな
我が家のベランダもFRPを塗りました。20万近く取られた気がします。自分でできそうな作業なのに…。
niwatadumi
2009年01月30日 20:59
悪魔さん、こんばんは。
FRPの研究もだいぶ進んで超音波検査も可能になってきているようです。世の中進歩していますが、燃やすとCO2のみならずマズイ物も発生しそうで…。