FRP漁船の炭化による有効利用に関する研究
谷口秀樹メこ・ヒ村誠 一… 。 持田 勲ンてニド
＊材料科学部工業化ノ、i ごニグルー▼ 一ブ・＊：りL州大学先導物質化学研究所
Car boni z at i onor FRP
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要旨
漁船等に用いられている，処分細封難′ 亡FRPげラス繊維強化プラスチック）ぴ〕リサイクル方法守Lて炭化し／梅澤牛 物が付着しやすい漁礁・療礁とLて再利用する方法を視案している．二の炭化研究は水産庁甘らげ）委託を受りて行っ ており，関係機関と連携して，プロジェクト全体では実証炉試験を行い，実相化を目指しノている・当センター∴ごH二研 究課題の一／〕であるFRP炭化物折明津糾一卜上技術開発を分押している．
本報告では，FRP廃材ゾ〕曲げ応ノノと炭化反応後のFRP炭化物の曲げ応ノノに相関関係があること，炭化反応の前段と して安定化反応をすることにより，FRP炭化物の曲げ強度を2．5倍あるいは1．2倍に向Lさせることができたことを
報告する．
そこで，FRP製造業（ノ）活性化策±LてFRP製造業
による FRP 船処理事業を県内で立ち上げることを巨盲 的に，1センターでは平成1巨牛度上り，F琶之P炭化処理 研究をスタートさせた．既に，著者らはFRPを不活性
雰匪卜気で炭化することにより，マトリックス樹脂から
生成する炭素がガラス繊維をコーティングLた炭素被 寝ガラス繊維成型体が得られることを見出し，生物が 付着しやすい魚礁としてリサイクルするシステムを提
案している（l 抽
1．背景と研究目的
1．1 背景
繊維強化プラスチック（FRP）はガラス繊維とマトリ
ックス樹脂から構成される複合材料であり，高強度，
高耐久かつ軽量のため，漁船などの船舶や航空部材等
に幅広く利用されている．
大分県内には製造トン数においてF1本品人の FRP
船製造メーカーである東ノL州造船株式会社（臼杵市）を
始めとする地場の FRP船製造業やヤンマ←造船株式
会社（東国東郡武蔵町）や日産マリーーン株式会社（東国
東郡安岐町）といった進出企業があり，小型のプレジャ
ー几ポーートから100トンを超える大型漁船去で製造して
いる．
Lかし，近年の漁獲高の滅少や輸入品の拡大，景気
の低迷等によって，新規造船数ほ減少（製造品控荷客貞，
H旦：744，H6：8は Hl 巨762 千万n），事業所数の 減少（Hl ：24，H2：20，H3：17事業所），従業員数の 減少（H旦：443，H6：403，Hl l ：j 58人）となり，活
気が失われ／〕／〕ある．
主た，FRP船は耐久年数の過ぎた船体の処分が大き な問題となっている．FRP漁船は塵業廃棄物として管
理型最終処分場に埋設するようになってし、るが，大型
の船を小片に砕かなければならないこと等から，処分 が進んでおらず，新造船建造の足かせとなっていると
言われている−
ド用．1 実証炉試験装置
所在厘上福岡県リサイクル総合研究センター実証試験地
（北圧州市エコタウン内二北ノL州市若松区向洋町）
炉内寸法：LJ 6m，＼㌔’ 2∪5I l l ，I 12† † ！
最高温度：950−c
ト2 研究体制
現在で㍑沌甘木庫総合朝牒誉ンクー几 川† 水庵車研究
巾う ′小イ：〕ノ）変r i 亡をノ受けて，同研究センター∵虹藻1二′ 宰相二
究け巨トL州大学，福岡県リサイクル総合イ抑究センター
海洋水産システム協会等（ノ）他機関らと連携して研究課
題を1）捏十るニヒ」∵ト⊃て，センターや紙∴誉困難な
大型の′ 夫「姑試験を行／）ごいろ．
ノ夫舌L試験ご土北ノL州巾エコタウン地F畑作福岡県リサ
イク′ レ総合研究センターー実証試験ユリアに乙設置しノた
FRP㌫化′ 茹甜巧炉ノ勺寸法貫ノ6t n，恥’ 2．5m、f 圭行1）／を用い
て、実用化∵向けた研究を進めている．実証か概観を
Fl g．i に′ J トト、見附l 里㍍鋸車裾引L最適′ J し工炭化条件（′ Fワニ
化温度，昇温速度，雰囲気ガス流速′ 等ゾ）墳［†）や炭化
物の利用ノノ法等を検討し／ている、
ニし7）（独）水産総合研′ 先センター事業た∴平成」4年寝
かレ1J 平成盲8叫喪主でげ）5カ年計画r ご、あろが，品終イ巨度
トなる平成！8年牒パ′ 真言広汎験装置ゾ）解体たと、がr ′ 定
され1ており∴実竃的に研究㍑平而＝7牛度までとなノ」て
いる．
本年「勘土中間報告とな∵こおり、本年r 空第2し−ユi 推進
委員ごミでは）二れ主ご〃〕研究成果等を審議いただき，
継続しノて取り純む必要がある」ユニ〝）評価を得こいる．
1．3 研究目的
当センターではFRP炭化技術の中棲ごある，炭化
条件〝）検討を分担している．現在の炭化技術の課題は
FRP炭化物の慮度の向上である．
一般的に有機物（ニの研究では不飽和ホリエステル
樹脂）を窒素など（′ ）不活性な雰灘気卜で加熱けると，
分J ′ 結合が縮合して炭素に変化する反応（重合反応）±
分子一結合が切断してガスやクー′ し状び）低分子化する反
ん己こ（分解反んここ）がl ■叩寺に進行すろ†ニの相反する反応の
量は首温速度や炭化温度や雰囲気ガスの状態等によっ
て，増減する．
本研究では，より多くの炭素を得るため〝）炭化条件
とLて炭化反応を2段階にわけ，1段目の雰匪気を空 気とし，樹脂内に酸素架橋反応を導入することに上っ て，その後の炭化反応で高炭素収率や高強度化をトj 指
Lた．ニのような2段炭化の1段目のL二程を炭素工学
ご上土不融化反正二あるいは安定化反応と呼んでおり，炭
素繊維製造等で用いこいる．
卜1g．21廃FRP船（A）2．6t
Fi g。22 廃FRP船（B）4りt
F上g。2v“ 3 廃FRP船（C）試運転使用船
2．実験
2．1実質集材料
炭化実験には∴実験用に新Lく作成したFRP（以下， モデルFRPとする），およびこれまでに入手できたi
Fi g．2「、′ ′ 1廃FRP船（D）05t
く与ぎし）
「1g．25 実験室炭化炉
写真上：1モ体，ノゥニ頁卜：炉内部
種類ゾ）廃FRP（A）、廃FRP（B），廃FRP（〔1），廃FRP（n）
を用いた．炭化実験では，二れJ j ぴ）廃FRPを曲げ試顆
用に20mmXJ OOnl 汀l の短冊状∴坑断Lたむのを用いた．
ニれら廃FRPr ハ船体解体前等ノ〕船体外観上ヒト’ i g．21か
ら21〔ハとおりである．
卜i g．26 仙げ甜検機
与真上：仝胤 ′ 与二虫卜：加重部分
2．3 強度試験条件および積層構造分析
FRPおよびFRP炭化ヰ勿〃）曲げ試験漂ゎ能蘭験機（島
津製作所製AGS−1を用いた．曲げ試験ゾ〕扶祝をFTi g，2−6
にホーLj ．柑ゼの五甜郡肘私ヒト郎80‡11nl でヨ点【＝＝デ、L
した。FRP炭化物ご土t J 郎8りぎ11n17 上郡1（加† 11ゾ）4′ 告曲
げとした．試験速度ご士FRP，FRP炭化物±‡ 5盲† 1nl ／分
し†J − 一」ノト
FRP【巨ハガラス含有量H妻気中65r ）℃て燃焼いこと
きゾ）残漆量／いレ■ j 求れ′ 二．主′ ミニ∴燃焼後〔J ）ガラス繊維屑
を剥舵しt Lトービングクt l ス（R），チョップトストラン
ドマ、ノト笹竹に分類し積層構造′ ㌢分析し′ た．
3，結果と考察
3．1 ガラス含有率，積層構造
本研究に仔j いたFRPしハ積榔【メニ、さ，ガラス含什平 曲
げ強度，柑ゼ炭化物の曲げ強度をTabl cう1にホ十 廃
FRP4 柁類〃J ガラス含有辛けそれぞれ7 j 6，う4、25，
j 7（H，であり，廃船によって，人きく艮な／）こいる】去
た7 積層構造‡ 〕船体ノ）排水トン数等に1二／つて，典な／J
ている．ニれに対して，モデル／FRPソ）ガラス含イナ幸子土 2．2 炭化装置と炭化条件
炭化反止こおよび安定化反し己こごま′ 実験室炭化炉おょび
実証試験炉を用いた。実働ヰ射ヒ炉げ）外観を F唱．ユー5
に／i てすト 安定化転応条件おょび炭化条件は次〃）とおり
としノた．安定化†叉応温ノ要はj O（）て∴ 吊混速度‡土50−c／
時，反に温度ごL7）保持日干閏ご上2持間，章雄ほ汗H L／
分の大気気流イで反応させた．炭化温度け 700℃，犀
温速度ほ5けぐ／暗（ただし、〕りOJ 〔∴ろゝ〔〕400℃の間た牒
温速度を25て二／暗としノた），70け〔二でり）保持時間は4時
間，雰囲気は流速‖．／分の窒泉気流「でk正させた，
実轟炉では炭化温度、井混過渡、保持凍鍾軋主菜験基
酸素f 昆合あるい
炭化炉と同じである】雰囲気け窒素Q
FRPdごRP炭化物の曲げ強度の関係
Tab】e31廃FRPの炭化前後の曲げ強度等について 5
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ハリ
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＼祭琴芦≡聖繁烹讐声
積層序さ＝約5mm
0 5Q 100 1罰）
FR… ）曲げ強度【N／mZi
F土g∴ト1FRP と FRPノ炭化物の曲げ強度の関
炭化炉：実験室炭化炉
炭化温度・700C
昇温速度：50C／時（300−400C問：25′ C′ ′ 時）
雰囲気：窒素
保持時間・4時間
の相関関係が，すべて〝）廃FRPにあてはまるとは考え いが，FRP炭化物の強度はもとのFRP強度が大き いて三ど，FRP炭化物の強度は大きいとは言えると思わ
れる．
蓋た，ニの結果からほ，FRP炭化物の曲げ強度ほ最
大でも，13N′ ′ mm2看ⅠⅠり童であり，ニれ以i 二の曲げ強度を
得ることは期待できないとも言える．
3．3 FRP炭化物の曲げ強度とガラス含有率の関係 Fi gふ2にFRP炭化物曲げ強度とガラス含有率の関係 を示す．FRPのガラス含有率が高いほど，炭化して得 られる FRP 炭化物♂）曲げ強度が大きい傾向が見られ
る．
47％であり，廃FR に比べ約10％程度「射、．ニれは， ガラス繊維の樹脂との濡れ性や FRP 積層技術の向上 によって，含浸させる樹脂が減っているためと思われ る【
これらの廃FRP船は廃棄物ゆえに製造年月が不明な
ものや漁船登録ホ帳から製造年月が明らかな妄）のでも，
使用しなくなって，どの程度げ）年月を海上で経たもの
かあるいは陸上で経たものかによって，FRPとしごの 強度が異なっていると思われる。紫外線等によって， ゲルコートや樹脂，あるいはガラス繊維も劣化が進行
の程度が異なるためと思われる．
3．2 FRPとFRP炭化物の曲げ強度の関係
FRP（7）曲げ強度とそれの炭化物（FRP炭化物）の曲 げ強度の関係をFi g．3一号示す．モデルFRPは藍，他の 廃 FRP は⑳で表す。モデル FRP は曲げ強度が 227N／mm2，FRP炭化物の曲げ強度がj 4N／mm2である ため，グラフの右＝こ位置する。これに対して，廃FRP は廃FRP（D）を除いて曾FRPとしての曲げ強風甘 いず れも150N／mm2以下であ畑 明らかに劣化しているこ
とがかわる。ニれらの廃FRPを炭化LたF絶P炭化物 の曲げ強度はモデルFRPを炭化したものの4割程度の 曲げ強度しかなく‥ 炭化する前のFRPとしての強度が 低いとそれを炭化したものの強度の低いということが
いえる一
今回の廃FRPの4種類については，FRP強度とFRP 炭化物強度の関係が直線j 二に乗った．用いた4種類の 廃FRPはこれ蓋で述べたように，積層厚さや積層構造， 使用期間等，これまでの経緯が異なるものなので，こ
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︵＝
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︶
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竃∈∈＼邑磯髄聖者昏厨蜜褒
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監
⑳廃FRp鋸
20 30 40 50
カラス含有寒村
Fj g∴ト2 FRP 炭化物の曲げ強度とガラ
ス含有率の関係
炭化炉：実験室炭化炉
炭化温度：700ハc
昇温速度：5椚ン時（う00−400C問．25ノC／時）
雰囲気：窒素
保持時牒：槌時間
Fi g．うーt ，Fl g．3−2から」、／プニ化する前げ）FRPしノ）曲げ應烏
あるいはガラス含和幸ミをう紺トトること∴二上′ 〕ご、炭化 しノて得られろ FRP炭化物の曲げ強度がある程庚イ欄
可能と思われろ．
3．4 安定化反応（前処理）と曲げ強度の関係
（実証炉第5回）
平成＝5年度においご，炭化反応の前牒として，空気
雰L珂気ド300、〕〔二での安定化反広がFRP吋ノ）形状楳特に
有効であることを報㌣Lた．木棚究では 二〃）安定化 反応を経美 FRP 炭化物の曲げ強度測定および異なる
廃FRPを用いた再現性確認を行／つた．三た，新たな前
処．叩ノ／法として，FRP／、＼グ）コー〈ルタールの塗布に上る
具炭化の効果を検討Lた．
Fl g．うーうに1．前処理なL，2／実験室尉ヒ帆二上る安定
化反応，5．コールタール塗布した幸）の，お上び4．コー
ルタール塗布後に安定化叔宜しノたも〃）の4種類を′ 実験
室で準備し，ニれらを，実証か第5回実験（平成17隼
1月）に、他げ）FRP試料と 珠凱二炭化したむげ〕の曲げ∫強
度結果を示す．実証炉第5恒］実験の雰囲気は窒素で炭
化反J ノここを行／つた．試験片本数は試湘≠ばら／）きを考慮
して，各5木準備し，それら〃）平均でけなく，5木の
曲げ強度げ）結果を，その主よホLた＿
前処理ごとの5つげ〕プロソトはそれぞれ曲げ強度J ）
生デーータであり，これド〕の範囲が試料〔7汁王ら／J きと思
わオⅠろ．ニれらげ）ばら／っき〃〕理由としノては，切りけL
た試料片がま／）たく♂〕平面でないこと（わずかに船体
構造由来の湾曲があるたノダ）），試験片中のガラス繊維／
樹脂比が均諭でないこと，炭化反正、中の収縮などに上
／つご，湾曲していることなどが考えられる，
Fl gふぅかレニ〕∴実験室でぴ）安定化蘭己こをした圭）のは前
処理なL〔ハそ〕のに比べてっ 平均で2．5倍の曲げ強度向
上が回れていることがホされた 去た，今回直ヤー一ノン
塗車に／〕いてご土，曲げ胤変を向上させることができな
か／〕た， タール塗布後に安滝里烏宣しノた≠〕〃）はターhル
宣布した妄）汀）上りr r l j 上しこいろが，安定化′ 「夏んL二〃）みゾ〕
らげ）と比べ▼1こ，曲げ強度が向上Lていない ニ〔川新人1
に二㍍∵ては今後甘検討が必要上思われる
3．5 安定化反応（前処理）と曲げ強度の関係
（実証炉第6匡）
F喝．j −j ヒ同様にFt gふ4に尖言j 抑第6「叶実験しハ結果を
ホす）実験室前処理け第5巨r l と川じであろ．実証炉第
6 回実験の目的古土，実験室での安定化蘭志を実証炉に
適用することであ／」た よって，′ 実験室安定化反応と
同様に う00し℃去で酸素濃度約 り一輝け雰囲気下で安定化
〓
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J 安定化 タール 3〔）0℃ 塗布 前処理
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タール 塗布後 安定化 300℃
誉眉蒙古壌℃室讐 ハ
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前処理方法
F豆∴ト3「在処理方法と曲こデ強度の関係
−−一美証炉第5しロ」：700、c／FRP二廃FRP（ノ互トー
炭化炉．某紆炉（第5阿）
歳†巨温度・7nO（二
計温凍度．50し時∵眉（）一400（二間．25し時）
雰囲気．窒素
保持時間：4時間
FRI ）二廃FRPr A）
前処理 安定化 夕叫ル なし 300℃ 塗布
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卜1g∴う と 前処理方法±曲げ強度しノ満了係
−−一 美「証虹ぺ持6ト中郡招て／巨−RP∴廃FRf 〕（ノ侃ト¶
炭住雄i ′ 長記三炉十慕さ回1 炭化混度：7（）（J 〔、
杵嵐逐「空・50し’ 咋（う0（トヰ00仁澗 三5〔、咋j 雰囲気：壱衣∴ 酢素混合し酸素濃射1J リ（さり）
（外ノ筑温＼う（）（）〔∼）
窒素
（うり（卜7（）（）し、i 保持時間・4時間
川げ：療＝Ⅷ汀㌧A）
k応／を行／J ′二二
㌻ず∴身許炉亮定化反応出効果∵／〕いご；土Fi gふj ソ〕
前処理／♪ごし」二「痩．ぅー4（ハ「拍処理なしノノを比車麦することに
なるが，結果けはぼ同し∴ 出＝デ強度であり，今巨Tj げ）′ 実
証炉′ 実験で㍑効果は確認できなか／）た
の安定化反応を経た試料ではばらつきは大きいむゾ〕ゾ）
平均でう．2倍の曲げ強度向」二が図れた．
ニれらの2／〕の結果から，実証炉安定化だけごは安
定化の効果は見られないが，再度実証炉安定化した≠）
のほ効果が見られることから∴実験室安定化に上って，
安定化反応が 一部進んだFRP には実証炉での安定化
反応が有効であったと考えられる】実験室炭化炉と実
証炉の違い甘 雰囲気ガスの流路や酸素濃度，炉内空
間に対するFRP試料量等〉 多くの点で異なっており〉
今後のこれらの比較検討し，′ 実証炉安定化反応の最適
化が必要と思われる．
コールタール塗布物したものの安定化反応ではFRP
炭化物のばらつきが非常に大きいが，ニれは，FRP炭
化物の表面の不均 一なコールクー¶ ル由来のフレーク状
の炭素に上って，厚さのばら／⊃きが大きいため等が原
因として考えられる．
4． まとめと今後の計画 4．1本報告のまとめ
本報告をまとめると，次のj 点となる．
〔［廃FRPの曲げ強度とそれらのFRP炭化物の曲
げ強度に相関があること，また，ガラス繊維含
有量と同じく FRP炭化物の曲げ強度にも相関
があることが示唆された．
これにより，実際の炭化反応を行わなくと車〕，
得られる FRP炭化物の曲げ強度を㌣測できる
と思われる．
② 炭化反応の前段に空気中での安定化反応を行 うことにより，FRP炭化物の曲げ強度を2．5倍
あるいほ3．2倍に向上二させることができた。実
証での安定化反応は最適化が必要と思われる．
③ 今回の検討でほ）コールタール塗布の曲げ強度
向卜に対する効果は見られなかった．
4．2 今後の課題
当センターの課題の，強度向上については，安定化
反応は窒素ガスの使用量低減となる反応でもあるので，
運転コスト削減に有効な技術であり，実証炉安定化反
J ノここの温度や時間等を最適化していく必要があると思わ
れる．プロジェクト全体としては，国士交通省が開発 中のセメント材料への混合技術の動向を踏まえながら， FRP炭化物の実海域での生物親和性や漁礁。藻礁とし て性能試験，経済性に関する試算，FRP炭化物の吸着 性能を利用した浄化材の開発等をそれぞれの機関が進
め，早期の実用化に必要なデーⅦタの積み上げを進めて
いく
参考文献
（1）持出勲，光来要 二，上村誠 一，谷＝秀樹，海洋水産
エンジニアリング12（2002），P．48
（2）勘l 秀樹，光来要三卜上村誠 一，持出勲，第27回
炭素材料学会年会要旨集（20n（往 P．182
謝辞
木研究折）一部ほ水虎庁「平成I 6イド度自然との共生プ
ロジェクト技術開発委記事業」によって行われた．
（株）江原造船鉄丁所（東国東郡国見町），（有）酒家造
船所（南海部郡）には，当センター実験室研究やFRP試
料に／〕いてj ご協ノバ買いた．
福岡県リサイク′ レ総合研究センタ山 ，酉Fl 木環境エ
ネルギー株式会社，（株）江原造船鉄「所にほ実証炉試
験について，ご協力噴いた．
（社）海洋水産システム協会について，廃FRP船解体
に関する経済性検討に／〕いて，ご協力頂いた．
（独）水産総合研究センター水産工学研究所，ノL州大
半先導物質化学研究所には，研究全般に関して，ご協
ノノ頂いた．
上記の関係機関等に謝眉を表します．
