サンドイッチパネル

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、近年、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、この分野の研究が盛んに行われています。この技術の将来性は、他の製造プロセスでは不可能な、サンドイッチパネルの新たな幾何学的複雑性を実現することにあります。

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

アルミニウム複合パネル（ACP ）は、アルミニウム複合材料（ACM ）で作られた平らなパネルで、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が非アルミニウムの芯材に接着されています。ACPは、建物の外装材やファサード、断熱材、看板などによく使用されます。^{[ 10 ]}

ACPは主に、建築物の外装・内装材や間仕切り、吊り天井、看板、機械カバー、コンテナ構造などに使用されます。ACPの用途は建物の外装材に限らず、間仕切りや吊り天井など、あらゆる形態の外装材に使用できます。また、ACPは、より重く高価な基材の代替品として、看板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丈夫な建材として、特に展示会ブースなどの仮設構造物や同様の一時的な要素に使用されてきました。最近では、美術写真のマウント用裏板としても採用されており、多くの場合、Diasecなどのプロセスやその他の表面マウント技術を使用してアクリル仕上げが施されています。ACP素材は、スペースシップ・アース、ヴァンデューセン植物園、ドイツ国立図書館ライプツィヒ分館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、効率性においてACPを最適に活用しています。柔軟性、軽量性、成形および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。コア材が可燃性の場合、使用には注意が必要です。標準的なACPコアはポリエチレン（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、優れた耐火性（FR）特性を持たないため、一般的に住宅の建築材料としては適していません。いくつかの地域では、そ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社は、購入希望者に注意を促しています。コア材に関して、パネルの地面からの距離が「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。同社のパンフレットには、炎上する建物の図が掲載されており、「建物が消防士のはしごよりも高くなったらすぐに、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。これは、レイノボンドポリエチレン製品が約10メートルまで、難燃性製品（約70％の鉱物コア）が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等級製品（約90％の鉱物コア）がそれ以上の高さまで使用できることを示しています。このパンフレット「高層ビルの防火安全：当社の防火ソリューション」では、最後の2つの製品の製品仕様のみが記載されています。^{[ 13 ]}

この場合、可燃性の高いポリエチレン（PE）コアを持つ外装材が、2017年のロンドンのグレンフェル・タワー火災における炎の急速な広がりの主な原因として指摘されました。 ^{[ 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関与しています。 ^{[ 15 ]}耐火コア（通常、メーカーによって「FR」と表記される）は、ポリエチレン含有量が最大30%であり、熱や換気がないと自己消火するため、より安全な代替品です。^{[ 16 ]}他の建築製品と同様に、使用の適合性は、他の多くの製品や方法に依存します。ACPの場合、米国の建築基準では、使用される材料や建物の種類に応じて、壁構造に関する多くの要件があります。これらの建築基準に従えば、FRコア製品は安全です。なお、ACPという用語は、ミネラルウールを芯材とするサンドイッチパネルには適用されません。これらは断熱金属パネル（IMP）のカテゴリーに分類されます。

アルミニウムシートには、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を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でき、ACPは、金属色や非金属色、木材や大理石などの他の素材を模倣したパターンなど、幅広い色で製造されています。コアは一般的に低密度ポリエチレン（PE）または低密度ポリエチレンと鉱物材料の混合物で、難燃性を示します。^{[ 10 ]}

3A Composites（旧Alcan Composites & Alusuisse）は、BASFとの共同開発により1964年にアルミニウム複合材を発明し、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、特許は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）、ACP Bond - DeBond（1992年）など、複数の企業が商業生産を開始しました。現在では、世界中で200社以上がACPを生産していると推定されています。

• 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)から、ミネラルウールの場合0.05 W/(m·K)まで幅があります。そのため、芯材の種類やパネルの厚さによって、異なるU値を実現できます。
• サンドイッチパネルを用いたシステムを設置することで、接合部を通る熱橋を最小限に抑えることができます。

• 評価された遮音性能は、PU要素で約25dB  、MW要素で約30dBです 。

• 支持部材間の間隔は、使用するパネルの種類にもよりますが、最大11m（壁面の場合）まで可能です。一般的な用途では、支持部材間の間隔は約3m～5mです。
• パネルの厚さは40mmから 200mm以上まで様々です 。
• サンドイッチパネルの密度は、発泡材と金属の厚さによって10kg  /m²^から 35kg/m²^まで変化し、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/局所的な破壊挙動に影響を与えます。

• サンドイッチパネルは、発泡材、金属の厚さ、コーティングなどによって、耐火性、耐火性能、反応性が異なります。ユーザーは、要件に応じて、さまざまな種類のサンドイッチパネルから選択する必要があります。
• 英国保険協会と英国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火災を起こすことはなく、これらのシステムが火災の延焼に関与している場合、火災は調理場などの高リスクエリアで発生し、その後、火災リスク管理、予防、封じ込め対策の不備の結果として延焼することが多い」ことが明らかになった。^{[ 21 ]}
• サンドイッチパネルを建物の外装材として使用すると、建物の外側を火が急速に広がる原因とな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覆うのは正しくないという直感があるから、私は鉱物繊維製のものしか使いません」と述べています。^{[ 22 ]} 2000年に、著名な防火安全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芯の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しにくい」と報告しました。彼は、これらのパネルは「火災の深刻さと進行速度に寄与する可能性がある」ため、「大規模な火災損失」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（またはその断熱材）の間の空洞の設計も重要です。炎は空洞に入り込み、対流によって上方に引き寄せられ、伸びて二次火災を引き起こす可能性があり、これは「空洞の内張りに使用される材料に関係なく」起こります。^{[ 24 ]}

• 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建設に役立ちます。