Menu

合成樹脂と繊維強化複合材料。特徴を解説

合成樹脂や繊維強化複合材料は、インフラを作る材料として利用される機会が多いものです。
合成樹脂や繊維強化複合材料はどのような素材であり、どのような特徴があるのでしょうか。

本記事では、合成樹脂と繊維強化複合材料の特徴について紹介します。

合成樹脂(プラスチック)とは

合成樹脂とは、石油から作られる高分子化合物のことで、一般的にはプラスチックと呼ばれています。
原油を精製する際に抽出される「ナフサ」という物質が合成樹脂の原料となります。
合成樹脂には、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどさまざまな種類があります。
それぞれの合成樹脂の特性の違いによって、用途が使い分けられています。

合成樹脂(プラスチック)の特性

合成樹脂

合成樹脂には、熱を加えると柔らかくなる「熱可塑性樹脂」と加熱を続けていくうちに硬くなっていく「熱硬化性樹脂」があります。

熱可塑性

熱可塑性とは、加熱することで柔らかくなったり溶けたりしますが、冷やすと再び固まる性質のことです。
熱可塑性の合成樹脂は、形を変えやすいため成形しやすいという特徴があります。

一方で、高温化では形が変化してしまうため、用途には注意が必要です。
ポリエチレンやポリアミド、ポリプロピレンなどは熱可塑性樹脂に該当します。
熱硬化性樹脂は成形しやすい特徴を活かし、水道管の排水管や送水管、高架橋の排水パイプなどに用いられます。

熱硬化性

熱硬化性とは、加熱によって固まり、一度固まるとその後は加熱しても柔らかくなることはない性質です。
フェノール樹脂やメラミン樹脂、エポキシ樹脂などは熱硬化性樹脂に該当します。
熱硬化性樹脂は、加熱によって分子が非常に強く結びつくため、温度変化による影響を受けにくくなります。

また、耐熱性が高く、薬品にも強いという特徴があります。
熱硬化性樹脂はこのような特徴を活かし、接着剤や塗料などに用いられています。

合成樹脂(プラスチック)のメリット・デメリット

合成樹脂には、次のようなメリットとデメリットがあります。

メリット

  • 成形しやすい
  • 切断や溶接などの加工がしやすい
  • 軽量である
  • 安く製造できる
  • 電気を通さない
  • 錆びない

合成樹脂は加熱すると柔らかくなるため、さまざまな形に成形しやすいというメリットがあります。
また、金属よりも柔らかく融点が低いために、パイプなどの加工が必要な際にも簡単に切断や溶接ができます。
合成樹脂製の水道管は、長さの調節をしやすく軽いため、現場での施工がしやすくなります。
加えて、製造単価が安いこと、金属のように錆びて腐食するリスクもないため、
現在は樹脂製の水道管の利用が進んでいます。

デメリット

  • 鉄などの金属に比べると耐熱性が低い
  • 紫外線などで劣化しやすく対候性が低い
  • 金属に比べると強度が低い

合成樹脂は金属に比べて耐熱性が低く、強度が低いなどのデメリットがあります。
また、紫外線などで劣化しやすく、急激な温度変化に弱い点も合成樹脂のデメリットです。

繊維強化複合材料の特徴

合成樹脂

複合材料とは、2種類以上の材料を組み合わせて作る材料です。
素材を複合することで素材それぞれが持つ特性を維持しつつ、新たな機能や性能を加えることができます。
繊維強化複合材料とは、母材に強化剤として繊維材料を複合して生成した複合材料の総称です。

繊維強化複合材料には、プラスチックの特性と繊維の特性を併せ持つ次のような特徴があります。

  • 軽量である
  • 加工や成形がしやすい
  • 腐食しにくい
  • 剛性が高い
  • 強度が高い

また、材料としてのさまざまなメリットもありながら製造コストも低いという特徴もあります。

繊維強化複合材料の種類

母材に合成樹脂を使用したものを繊維強化プラスチック(FRP)といいます。
繊維強化複合材料の繊維には、ガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維などが使用されます。

FRPは、複合する繊維の違いによって次のような種類に分けられます。

  • ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)
  • 炭素繊維強化プラスチック(CFRP)
  • アラミド繊維強化プラスチック(AFRP)
  • ボロン繊維強化プラスチック(BFRP)など

ガラス繊維強化プラスチックは、ガラス繊維の複合により電波透過性が高く、燃えにくい特徴があります。
炭素繊維強化プラスチックは、より軽く強度の高い複合材料です。
アラミド繊維強化プラスチックは、衝撃に耐える力が強く、熱伝導性が高い、燃えにくいなどの特徴があります。
ボロン繊維強化プラスチックは、衝撃に耐える性能が強化されます。

繊維強化複合材料の使途

繊維強化複合材料は軽くて加工がしやすく、耐久性に優れているという特性を活かしてさまざまな分野で利用されています。
現在、繊維強化複合材料は、航空機や自動車、電車などの内装や外装、風力発電のブレード、ユニットバスなどの住宅設備、ゴルフクラブなどのスポーツ用品などに使われています。

建設現場における繊維強化複合材料の使途

繊維強化複合材料は、軽くて施工が簡単であり、さらに強度を向上させることができます。
そのため次のようなケースには、維強化複合材料が用いられるケースが多くなっています。

  • 道路橋の鉄筋コンクリート床版の補強工事
  • 鉄筋コンクリート橋脚の耐震性能向上工事
  • 橋脚など腐食した鋼部材の補強工事

従来の補修や補強工事には、溶接やボルトの接合などが必要でした。
しかし、繊維強化複合材料の場合は、シートを貼り付けるだけで簡単に補修・補強工事ができます。
繊維強化複合材料の利用は、作業員の負担を軽減するだけでなく、
工期の短縮や費用の低減にもつながっているのです。

合成樹脂と繊維強化複合材料は土木インフラと密接に関わっている

合成樹脂とは、石油から作られる高分子化合物で軽くて加工しやすく、腐食に強いなどの特徴があります。
繊維強化複合材料は、合成樹脂などに繊維を複合したもので、軽さや加工のしやすさに加えて、
強度や剛性などが強化された材料です。
合成樹脂や繊維強化複合材料は、補強や耐震性能強化工事で積極的に利用されています。