サンドイッチパネル

アルミニウム複合材パネル構造

サンドイッチパネルとは、低密度コア（PIR、ミネラルウール、XPS）と、その両側に接着された薄いスキン層の3層構造を指します。サンドイッチパネルは、高い構造剛性と軽量化の両方が求められる用途に使用されます。

サンドイッチパネルの構造機能は、従来のIビームに似ています。2枚の面板は主に面内および横方向の曲げ荷重（Iビームのフランジに類似）に抵抗し、コア材は主にせん断荷重（Iビームのウェブに類似）に抵抗します。[ 1 ]コア材には軽くて柔らかいが厚い層を使用し、面板には強度が高く薄い層を使用するという考え方です。これによりパネル全体の厚みが増し、曲げ剛性などの構造特性が向上し、重量は維持または軽減されることが多いです。[ 2 ]

サンドイッチパネルは、サンドイッチ構造の複合材の一例です。この技術は強度と軽量性に優れているため、広く普及しています。その汎用性により、パネルは様々な用途に使用され、様々な形状で提供されています。コア材とスキン材は多種多様で、コア材はハニカム構造やソリッドフィラーなど、様々な形状が可能です。密閉されたパネルはカセットと呼ばれます。

アプリケーション

エプコットのスペースシップ・アースは、建築におけるACPの活用例です。11,324枚のACPタイルで構成された測地球体です。

明らかな応用例の一つは航空機であり、そこでは機械性能と軽量化が不可欠となる。輸送機関や自動車への応用も存在する。[ 3 ]

建築分野において、これらのプレハブ製品は建物の外壁材として使用されるように設計されています。工業ビルやオフィスビル、クリーンルームや冷蔵室、そして新築・改築を問わず個人住宅にも使用されています。高品質な製品と高い設計柔軟性を兼ね備えており、一般的に優れたエネルギー効率と持続可能性を備えています。[ 4 ]

包装用途では、溝付きポリプロピレンボードやポリプロピレンハニカムボードなどが使用される。[ 5 ]

種類

3Dプリントされたバイオポリマーパネル

3Dプリンターは複雑なサンドイッチパネルを製造できるため、エネルギー吸収、 [ 6 ]天然繊維、[ 7 ]連続合成繊維、[ 8 ]振動[ 9 ]などの分野で最近研究が盛んになっています。この技術は、他の製造方法では不可能な、サンドイッチパネルの新しい幾何学的複雑さを可能にすると期待されています。

SIP

構造断熱パネルまたは構造断熱パネル(一般にSIPと呼ばれます) は、建築材料として使用されるパネルです。

ACP

アルミ複合材（ディボンド）を使用した建設現場用パネル
建設現場パネルの詳細図

アルミニウム複合パネル（ACP）は、アルミニウム複合材料（ACM）から作られ、2枚の薄いコイルコーティングされたアルミニウムシートを非アルミニウムコアに接着した平らなパネルです。ACPは、建物の外装材やファサード、断熱材、標識などによく使用されます。[ 10 ]

ACP は主に、外部および内部の建築外装材や間仕切り、吊り天井、標識、機械カバー、コンテナ建設などに使用されます。ACP の用途は、建物の外装材に限定されず、間仕切り、吊り天井など、あらゆる形態の外装材にも使用できます。ACP は、より重く、より高価な基材の代替品として、標識業界でも広く使用されています。

ACPは軽量でありながら非常に頑丈な建築材料として、特に展示会ブースなどの一時的な構造物や、それに類する仮設部材に使用されてきました。最近では、美術写真のマウント用の裏材としても採用されており、多くの場合、ディアセックなどの表面マウント技術を用いてアクリル仕上げが施されています。ACPは、スペースシップ・アース、バンデューゼン植物園、ドイツ国立図書館ライプツィヒ支部などの有名な建造物にも使用されています。[ 11 ]

これらの構造物は、コスト、耐久性、効率性という点でACPを最大限に活用しています。柔軟性、軽量性、そして成形・加工の容易さにより、剛性と耐久性を高めた革新的な設計が可能になります。コア材が可燃性である場合は、その使用方法を考慮する必要があります。標準的なACPコア材はポリエチレン（PE）またはポリウレタン（PU）です。これらの材料は特別な処理を施さない限り耐火性（FR）に優れていないため、住宅の建築材料としては一般的に適していません。いくつかの管轄区域では、これらの材料の使用が完全に禁止されています。[ 12 ] Reynobondブランドの所有者であるArconicは、購入希望者に注意を促しています。コア材に関して、パネルと地面の距離は「どの材料がより安全に使用できるか」を決定する要因であると述べています。パンフレットには、炎上する建物の図解があり、「建物が消防士のはしごよりも高くなった時点で、不燃性材料で設計する必要がある」というキャプションが付いています。レイノボンドポリエチレン製品は最大約10メートルまで、難燃性製品（ミネラルコア約70%）はそこから梯子の高さである約30メートルまで、そして欧州A2規格製品（ミネラルコア約90%）はそれ以上の高さまで対応していることが示されています。このパンフレット「高層ビルの火災安全：当社の火災ソリューション」では、製品仕様は最後の2つの製品のみに記載されています。[ 13 ]

この場合、非常に可燃性のポリエチレン（PE）コアを持つ外装材は、2017年にロンドンで発生したグレンフェルタワー火災における急速な延焼の主な原因とされた。 [ 14 ]また、オーストラリアのメルボルン、フランス、アラブ首長国連邦、韓国、アメリカ合衆国の高層ビル火災にもこの外装材が関係している。 [ 15 ]耐火コア（メーカーによって通常「FR」と表示される）は、最大30%のポリエチレン含有量を持ち、熱や換気がない場合には自己消火するため、より安全な代替品である。[ 16 ]他の建築製品と同様に、使用適合性は他の複数の製品や方法に依存します。ACPの場合、米国の建築基準法には、使用される材料や建物の種類に応じて、壁の組み立てに関する多くの要件が定められている。これらの建築基準法に従えば、FRコア製品は安全である。 ACP という用語は、断熱金属パネル (IMP) のカテゴリに該当するミネラル ウール コアのサンドイッチ パネルには適用されないことに注意してください。

アルミニウム板は、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、フッ素樹脂（FEVE）、またはポリエステル塗料でコーティングすることができます。アルミニウムはあらゆる色に塗装することができ、ACPは幅広いメタリックカラーや非メタリックカラー、さらには木材や大理石などの他の素材を模倣した模様で製造されています。芯材は一般的に低密度ポリエチレン（PE）、または難燃性を持たせるために低密度ポリエチレンと鉱物材料の混合物です。[ 10 ]

3A Composites（旧Alcan Composites & Alusuisse）は、1964年にBASFとの共同発明としてアルミニウム複合材料を発明し、1969年にAlucobondの商業生産を開始しました。この製品は1971年に特許を取得しましたが、1991年に失効しました。特許失効後、Reynobond（1991年）、Alpolic（三菱ケミカル、1995年）、etalbond（1995年）など、複数の企業が商業生産を開始しました。現在、世界中で200社以上がACPを製造していると推定されています。

歴史

サンドイッチパネルの施工技術は、過去40年間で飛躍的な進歩を遂げました。かつてサンドイッチパネルは、機能的な建築物や産業用建物にのみ適した製品と考えられていました。しかし、優れた断熱性、汎用性、品質、そして魅力的な外観により、現在では多種多様な建物で広く使用されるようになっています。

行動規範

  • サンドイッチパネルを欧州で販売するには、CEマークの取得が必要です。欧州サンドイッチパネル規格は、EN14509:2013「自立型二重壁金属面断熱パネル - 工場製品 - 仕様」です。
  • サンドイッチパネルの品質は、品質レベルEPAQを適用することで認証できます。

特徴

特に建設業においてサンドイッチ パネルの使用が急速に増加した理由としては、次のようなことが挙げられます。

熱抵抗

  • サンドイッチパネルのλ値は、ポリウレタンの場合0.024 W/(m·K)、ミネラルウールの場合0.05 W/(m·K)です。そのため、パネルのコアと厚さに応じて異なるU値を実現できます。
  • サンドイッチパネルを備えたシステムを設置すると、接合部を通る熱橋が最小限に抑えられます。

防音

  • 評価された音響低減測定値は、PU 要素の場合は約 25 dB、MW 要素の場合は約 30 dB です。

機械的特性

  • 使用するパネルの種類に応じて、支柱間の間隔は最大11m（壁）まで可能です。通常の施工では、支柱間の間隔は約3m～5mです。
  • パネルの厚さは40mmから200mm以上まであります。
  • サンドイッチパネルの密度は、フォームと金属の厚さに応じて10 kg/m 2～ 35 kg/m 2の範囲で変化し、輸送、取り扱い、設置にかかる時間と労力を削減します。
  • これらの幾何学的特性と材料特性はすべて、圧痕[ 17 ] 、衝撃[ 18 ]、疲労[ 19 ] 、曲げ[ 20 ]などのさまざまな荷重条件下でのサンドイッチパネルの全体的/局所的な破損挙動に影響を与えます。

火災の挙動

72人が死亡した壊滅的なグレンフェル・タワー火災は、建物に使用されていたサンドイッチパネル外装の可燃性が原因の一部であった。
  • サンドイッチ パネルは、フォーム、金属の厚さ、コーティングなどに応じて、火災時の挙動、耐性、反応が異なります。ユーザーは、要件に応じて、さまざまなサンドイッチ パネル タイプの中から選択する必要があります。
  • 英国保険協会と英国の建築研究所による調査では、「サンドイッチパネルはそれ自体では火災を引き起こすことはなく、これらのシステムが火災の延焼に関与していることが判明したケースでは、火災は調理場などの高リスクエリアで発生し、その後、不十分な火災リスク管理、予防、封じ込め対策の結果として延焼していることが多い」と強調されています。[ 21 ]
  • サンドイッチパネルを建物の外壁材として使用すると、建物の外側への火災の急速な延焼を助長する可能性があるという証拠があります。ある建築家は、サンドイッチパネルの芯材を選ぶ際に「建物をプラスチックで包むのは良くないという直感があるので、ミネラルウール製のものしか使いません」と述べています。[ 22 ] 2000年、著名な防火コンサルタントであるゴードン・クックは、「プラスチックフォームを芯材としたサンドイッチパネルの使用は、人命の安全を考慮すると正当化が難しい」と報告しました。彼は、これらのパネルは「火災の進行の激しさと速度を助長する可能性があり」、これが「甚大な火災による損失」につながっていると述べています。[ 23 ]
  • 外装材と建物の外壁（または断熱材）の間の空洞の設計も重要です。空洞に炎が入り、対流によって上方に引き寄せられて伸び、二次火災を引き起こす可能性があります。これは「空洞の内張りに使用されている材料に関係なく」発生します。[ 24 ]

不浸透性

  • サンドイッチパネルの組み立てシステムは、気密性と防水性に優れた建物の構築に役立ちます。

参照

参考文献

  1. ^ Thomsen, OT; Bozhevolnaya, E.; Lyckegaard, A. (2005).サンドイッチ構造 7: サンドイッチ構造と材料の進歩. Springer. ISBN 978-1-4020-3444-2。
  2. ^ Aly, Mohamed F.; Hamza, Karim T.; Farag, Mahmoud M. (2014年4月). 「自動車産業における応用を考慮した、パラメトリック最適化によるサンドイッチ梁の材料選定手順」. Materials & Design . 56 : 219– 226. doi : 10.1016/j.matdes.2013.10.075 .
  3. ^ 「Gorcell by Renolit」 Renolit.com 2014年10月3日閲覧。
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  21. ^英国保険協会（2003年5月）「技術概要：サンドイッチパネルシステムの耐火性能」（PDF）。
  22. ^ブース、ロバート、サンプル、イアン、ペッグ、ホリー（2017年6月15日）。「専門家、グレンフェルの外装材の使用に政府に警告」『ガーディアン』。
  23. ^ Gordon ME Cooke (2000年11月). 「外装材としてのサンドイッチパネル - 火災安全上の問題とリスク評価プロセスへの影響」(PDF) . 2017年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  24. ^ Probyn Miers (2016年冬). 「外装パネルの火災リスク - 英国の視点」 .展望. ( 3.3.2 空洞).
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