GFRP積層に用いる ゲルコート
普段このコラムの議題として扱うことが多いのは炭素繊維強化プラスチック、いわゆる CFRP ですが今日のコラムではガラス繊維強化プラスチック、つまり GFRP に関連する ゲルコート というものについてお話をしてみたいと思います。
FRPの中では CFRP よりもずっと身近な GFRP 。
公園の遊具、ジェットコースター、浴槽、貯水タンクなど。
上記のうち大体のものが身近にあるのではないかと思います。
例えば公園の遊具を覗ける場合は下から覗いて子供が乗る面の裏側を見るとガラス繊維がうねっている様子を見られると思います。
昔ながらの遊園地にあるジェットコースターだと乗った時に内側をよく見るとガラス繊維が同様に見えることがあります。
貯水タンクはマンションなどには必須の設備ですね。
このようにGFRPは非常に身近ではありますが、意外にも知られていないことが多いです。
まずその一つが使用されているマトリックス樹脂。
CFRPでは熱硬化の場合、その多くがエポキシ樹脂ですがGFRPはほとんどが不飽和ポリエステルです。
不飽和ポリエステルは粘度が極めて低く、樹脂への含浸が非常に良いことが知られています。
また硬化システム設計が比較的容易で高速硬化設定も可能で、着色も容易で耐水性も高いのが特徴です。
エポキシ樹脂に比べるとやや硬化収縮が高く、機械特性も低いのが一般的ですが汎用性は抜群です。
（熱硬化性樹脂なので致し方ありませんが、やはり脆いです）
このGFRPは今でもハンドレイアップ（業界の人はハンドレイといいます）が主流です。
以下に代表的な積層工程の動画を示します。
今でもこんな風にやっているのか、と驚かれる方がいるかもしれません。
もちろん、すべてが下記の動画のように工程が進むわけでは無く異なる方法で積層と成形を行うパターンもあります。
上記の動画の中で型に直接塗っている白い塗料のようなものが今回の主題であるゲルコートです。
ゲルコートは一言でいうと塗装の下地です。
外観性が売りのトップコートと混乱される方もいる、という風に以下のサイトでも書かれています。
http://frp-plamare.com/?mode=f4
さてそんな中、ゲルコートをトップコートの代わりにしてしまおう、という動きが海外で出てきているようです。
その一例の記事がJECのサイトに出ています。
Dilutec（http://www.dilutec.com.br/）というブラジルの塗装材料メーカーを題材に、メタリック基調のゲルコート層などの開発が進められていると書かれています。
Colorgel Effectと呼びゲルコートを塗装の下地という役割だけでなく、化学的安定性と意匠性まで含めて一層で完結させようとしているようです。
耐水性が求められるところにはイソフタル酸を用いるなど、化学構造そのものから見直して機能性の発現を目指しているようです。
イソフタル酸の構造式を参考までに以下に示します。
（ The image above is referred from http://www.ptl.jp/e_index.html ）
このようにGFRP向けのゲルコートは今も着実に進化を続けて居るようです。
今回の記事から考えるべきことは何でしょうか。
実はGFRPで発展してきているこの技術、CFRPにも応用できる可能性があります。
（もしかすると既に応用は行われているのかもしれません）
CFRPの最大の特徴はやはり軽量化。
この軽量化のメリットを台無しにしてしまうのが塗装と言われています。
どれだけきれいにできたとしても上から塗装を繰り返すことでその塗料分重くなるためです。
また、外観性に関しても厳しい要求が課せられている一方で機械特性を高めるため樹脂量を多くするわけにもいかない現状では外観性には不利になります。
さらにCFRPは破壊時に鋭利な繊維が出てくることが知られており、安全性にも問題があると言われています。
このような課題を解決するアプローチの一つとしてゲルコートのような考えをCFRPにも取り入れていってはどうかと思っています。
最外層に外観性が良好、塗装が必要ない、鋭利な繊維が出にくいような最外層を形成する、といったことが同時にできるのであれば非常に有力な考え方かもしれません。
さらに言うと膜厚を一定にするためキャリアーのついたフィルム状のものでもいいのかもしれません。
こうすることで膜厚を検査する手間も省け、安定的に最外層を形成できる可能性があります。
今まであまり注目されてこなかったCFRPの最外層へのコーティング技術。
GFRPで培われたゲルコートの考え方というのも一つの参考になるのかもしれません。
