【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維を含有するスラリーを脱水成形し、乾燥して得られる繊維成形体の製造方法及び該製造方法の実施に用いられる製造装置に関わり、特に、気泡が含まれるスラリーを用いた繊維成形体の製造に好適な方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、インスタントカップ面、飲料品、菓子類等の各種食料品の容器としては、板紙を円形及び扇型に切り抜いて台紙とし、折曲、接合して底部及び胴部を有するカップ状の容器としたものが一般的に知られている。
しかしながら、この種の板紙容器は、継ぎ目が生じ、断熱性等を付与する場合には、多層構造にする必要があり、製造も複雑でデザイン的にも制約があった。
【０００３】
一方、継ぎ目もなくデザイン的に制約の少ない紙製容器として、パルプ繊維を含むスラリーを所定の金型で抄造して乾燥したパルプモールド成形容器が知られている。このようなパルプモールド成形容器において断熱性を付与する技術として、特開２０００−５４３００号公報に記載の技術のように、低密度に成形したり、特開平９−３２４３９９号公報に記載の技術のように、発泡剤を含ませて嵩高としたりするものが知られているが、これらの技術により得られる成形体は、表面性が不十分で、印刷適性が悪かったり、表面強度も低いものであった。
【０００４】
また、低密度の成形体の成形技術として、特開平５−７７２５０号公報に記載の技術のように、パルプと生分解性の増粘剤を原料とし、３次元網目構造を有する廃棄性、断熱性を備えた繊維成形体が知られているが、この技術で得られる繊維成形体も、表面性が悪く、表面強度も低いものであった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、表面性及び表面強度に優れ、且つ密度が均一な立体形状を有する繊維成形体の製造方法及び製造装置を提供することにある。更に本発明は、立体形状を有する繊維成形体の任意の部位を押圧して所望の密度にできる繊維成形体の製造方法及び装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、繊維を含有するスラリーを雌型内に所定量充填した後に、雄型を該雌型内に挿入し、該雄型と該雌型とで該スラリーを押圧して湿潤状態の繊維成形体を成形し、次いで湿潤状態の該繊維成形体を乾燥させる繊維成形体の製造方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【０００７】
本発明は、前記本発明の繊維成形体の製造方法の実施に用いられる繊維成形体の製造装置であって、雌型と、該雌型に対応する雄型とを備えており、前記雄型が第１の押圧体と該第１の押圧体が摺動自在に挿着される第２の押圧体とを備えている繊維成形体の製造装置を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基いて図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１及び図２は、本発明の繊維成形体の製造装置を、インスタントカップ麺等の各種食品が収容可能な食品容器の基材の製造装置に適用した一実施形態を示すものである。これらの図において、符号１は製造装置、１０は繊維成形体を示している。
【００１０】
図１に示すように、製造装置１は、凹部２０を有する雌型２と、凹部２０に対応する凸部３０を有する雄型３とを備えている。本実施形態における雌型２及び雄型３は、両者を組み合わせた状態（型締め状態）において最終的に得られる繊維成形体の寸法形状に対応したクリアランスＣが形成されるように設けられている。
【００１１】
雌型２の凹部２０は、得られる容器の外周面に対応し、その内周が上方に向けて漸次拡径するように設けられている。また、凹部２０には、得られる容器の開口縁部にフランジ部が形成されるように段部２０ａが設けられている。凹部２０の内表面は、原料や成形体が付着し難いようにフッ素樹脂やシリコーン樹脂等によって易剥離性処理が施されている。なお、図には示していないが、雌型２はその内部にカートリッジ式のヒーターを備えており、後述するように、当該雄型２を脱水成形及び乾燥成形に共用できるように設けられている。
【００１２】
雄型３の凸部３０は、筒状の第１の押圧体３１と、第１の押圧体３１が摺動自在に挿着される第２の押圧体３２と、第３の押圧体３３とを備えている。
【００１３】
第１の押圧体３１は、内部が中空の筒状に設けられている。本実施形態では、第１の押圧体３１の底面部には外部に通じるスリット３１ａが設けられている。そして、これらのスリット３１ａを通じて当該第１の押圧体３１で後述する気泡を含有するスラリー（以下原料フォームという。）を圧縮するときに当該原料フォームの水分及び泡が外部に排出される。第１の押圧体３１の上端部には連結板３１ｂが備えられている。
【００１４】
第２の押圧体３２は、第１の押圧体３１の外周面に摺動自在となるように当該第１の押圧体３１に挿着されている。第２の押圧体３２の外周面は、得られる繊維成形体の胴部の内周面に対応した形状を有しており、容器のお湯の入れ目線に対応した段部３２ａが形成されるとともに、当該段部３２ａから先端（下方）に進むにつれて漸次先細るようにテーパー３２ｂが形成され、さらにスタック用の段差に対応した段差３２ｃが形成されている。テーパー３２ｂは、円錐状に制限されるものではなく、離型困難となるようなアンダーカットを有していない形状、例えば、半球面状であってもよい。
【００１５】
前記第２の押圧体３２の外周面には、外部に通じる複数の縦に伸びるスリット３２ｄが所定間隔で設けられており、これらのスリット３２ｄを通じて原料フォームの水分及び泡が外部に排出されるようになっている。スリット３２ｄの幅は、５０〜１０００μｍが好ましく、１００〜５００μｍがより好ましい。スリットの幅が狭すぎると原料フォーム中の固形分が容易に詰まって排水効率が低下する。スリットの幅が広すぎると得られる成形体にスリットの痕が残り易くなるほか、バリの発生、原料の歩留まりが低下する。スリットの長さ及びスリットの数は、成形する繊維成形体の寸法形状等に応じて適宜設定することができる。
【００１６】
第２の押圧体３２の上端部には、押圧板３２ｅが備えられており、この押圧板３２ｅを押圧することにより、原料フォームが圧縮できる。また、本実施形態では、第２の押圧体３２内に第１の押圧体３１が配されており、押圧板３２ｅで前記連結板３１ｂを押圧することで、第２の押圧体３２と併せて、第１の押圧体３１及び第３の押圧体３３も同時に押圧できる。
【００１７】
第３の押圧体３３は、第２の押圧体３２の外側に挿着されており、当該第３の押圧体３３の下端面３３ａで、製造される繊維成形体の上端面が成形される。
本実施形態のように、複数の部材（押圧体）を備えた雄型を用い、成形体を成型する場合は、各部材の押し込みストローク（押圧するときの移動距離）を押圧部位に応じて設定することにより、例えば、胴部、底部、フランジ部の原料フォームの圧縮率を略同一にすることができ、得られる繊維成形体の密度、表面性を均一にすることができる。更に、押し込みストロークを押圧部位に応じて変化させることにより、特定の部位を所望の密度に設定することができる。例えば、フランジ部の密度を高くし、開口部の強度を増強させ、その部分の把持強度を高くすることができる。
【００１８】
次に、本発明の繊維成形体の製造方法の好ましい実施形態を、前記製造装置１を用いた繊維成形体の製造方法に基づいて説明する。
【００１９】
本実施形態の製造方法では、先ず、繊維成形体の原料となる原料フォームを調製する。本実施形態では、水、界面活性剤及びバインダーを含む発泡性の組成物を調製する。
【００２０】
前記界面活性剤には、陰イオン性、陽イオン性、両性、非イオン性の界面活性剤を、帯電防止（帯電による埃の付着防止）、ゲル化等の化学反応を抑える等の用途に応じて適宜選択し、単独で又は複数組み合わせて用いることができる。該界面活性剤は、陰イオン性界面活性剤としては脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられ、陽イオン性界面活性剤としては、アルキルアミン塩、第４級アンモニウム塩等が挙げられ、両性界面活性剤としては、アルキルベタイン、アミンオキサイド等が挙げられ、非イオン性界面活性剤としては、グリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。そして、こられの中でも、起泡力が良好である点から、陰イオン性界面活性剤が特に好ましい。
【００２１】
前記界面活性剤は、調製する原料フォームに後述するような気泡含有率の発泡が得られるように所定量添加する。該界面活性剤の原料フォームに対する添加量は、０．１〜２０ｗｔ％が好ましく、０．５〜１０ｗｔ％がより好ましい。
【００２２】
前記バインダーとしては、例えば、デンプン、カルボキシメチルセルロース等の天然多糖類及び／又はその処理物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアマイド、ポリアミン等の合成水溶性ポリマー等が挙げられ、これらの中でも乾燥後の接着力、強度、表面の緻密性、表面強度、紙粉の発生防止、耐水性、材料コストの点から、デンプン、ＰＶＡが好ましい。
【００２３】
前記バインダーの添加量は、後述する繊維に対し、５〜７０ｗｔ％が好ましく、１５〜５０ｗｔ％がより好ましい。バインダーの添加量が少なすぎると成形体の引張強度、曲げ強度、圧縮強度が低下するとともに、表面性が低下して紙粉が発生しやすくなったり、表面の耐水性が低下したりする場合があり、多すぎると繊維のからみによる強度補強効果が小さくなり、成形体の強度が低下するとともに成形時の型の汚れが顕著となり、また、材料コストがアップする場合がある。
【００２４】
前記組成物には、必要に応じ、増粘剤、気泡安定化剤、増泡剤、分散剤等の添加物を添加することができる。該組成物中の該添加物の配合量は、添加する添加物に応じて適宜設定することができる。
【００２５】
次に、前記組成物に外力を加えて発泡させる。発泡後における該組成物（以下、発泡組成物ともいう。）の気泡含有率は、２０〜９５ｖｏｌ％が好ましく、４０〜９０ｖｏｌ％がより好ましい。気泡含有率が低すぎると型内での原料フォームの流動性が低下し、成型不良、密度のムラ、繊維の分散ムラが生じる場合があり、高すぎると成形初期の原料フォームの体積が増大するため、金型を不必要に大型化しなければならない。ここで、前記発泡組成物の気泡含有率（％）は、（発泡組成物の体積−発泡前の組成物の体積）×１００／（発泡組成物の体積）により算出される値である。
【００２６】
前記発泡組成物中の気泡の大きさは、繊維の表面に均一に且つ多く付着させることができ、成形性、表面性も良好にできる点で細かいほうが好ましい。気泡の大きさ（最大長さ）は、５０〜２０００μｍが好ましく、８０〜１０００μｍがより好ましい。
【００２７】
前記発泡組成物は、後述するように、第１の押圧体を挿入したときに、当該第１の押圧体の周り（押圧体の外周面と雌型の内周面との間）に一部の該発泡組成物が移動できるような流動性を有していることが好ましい。
【００２８】
前記組成物に外力を加えて発泡させる手法は、特に制限されるものではない。該手法としては、例えば、前記組成物をタンク等の容器内に収容した上で、撹拌翼を備えた撹拌装置で該組成物を撹拌して発泡させる手法、該容器に振動子を取り付けて該振動子を所定の周波数で振動させて発泡させる手法、該組成物に直接空気等の気体を供給し、バブリングして発泡させる手法、減圧によって微細な泡を発生させる手法、高圧状態を急激に解除して泡を発生させる手法、化学反応による手法等が挙げられ、これらの中でも、発泡（起泡）させる簡便さ、発泡量のコントロールのし易さの点から撹拌、又は前記組成物中へ気体を供給し、バブリングして発泡させる手法が特に好ましい。
【００２９】
次に、前記発泡組成物に、所定の繊維含有率となるように繊維を加え、該繊維を均一に分散させて原料フォームとする。
【００３０】
前記繊維としては、天然繊維、合成繊維、半合成繊維が挙げられる。特に、前記繊維には、その吸水性がＪＡＰＡＮ、ＴＡＰＰＩ、Ｎｏ．２６−７８に準じて測定される保水度が１３０％以下の繊維が好ましく用いられる。このような低吸水性の繊維としては、天然由来の低吸水性を示す天然繊維、化学繊維、合成繊維、又は表面を疎水化させた天然繊維若しくは無機・金属繊維等が挙げられる。これらの各繊維は、単独で又は二種以上を混合して用いることもできる。
【００３１】
前記天然由来の疎水性を有する天然繊維には、例えば、石綿等の鉱物繊維等が挙げられる。天然繊維は、単独で又は二種以上を混合して用いることもできる。また、前記低吸水性を示す合成繊維としては、例えば、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリエステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリオレフィン系、ポリエーテルエステル系、ポリウレタン系の樹脂を用いた繊維等が挙げられる。これら合成繊維は単独で又は二種以上を混合して用いることもできる。
また、前記表面を疎水化させた天然繊維としては、マーセル化パルプ、架橋パルプ、フッ素、シリコーン等の疎水成分を前記天然繊維に噴霧及び／又は含浸した繊維等の天然繊維の表面及び／又は内部を疎水化させた繊維が挙げられる。これら各繊維は単独で又は二種以上を混合して用いることもできる。
【００３２】
前記繊維として、疎水性を有する合成繊維又は表面を疎水化させた合成繊維を用いる場合には、熱可塑性の合成繊維を用いることが特に好ましい。このような熱可塑性の合成繊維を用いることにより、得られる繊維成形体の製造工程における加熱乾燥時に、繊維どうしを熱融着させて接合したり又繊維どうしを絡ませることにより、得られる繊維成形体の強度、保形性を高めることができる。
【００３３】
前記繊維は、平均繊維長が０．１〜５０ｍｍが好ましく、１．０〜２０ｍｍがより好ましい。平均繊維長が短いと繊維どうしの結びつきが乏しく、成形性が悪くなったり、所望の強度の成形体が得られない場合があり、平均繊維長が長すぎると繊維どうしの絡み合いにより原料フォームの流動性が低下する場合がある。また、繊維どうしの絡み合いが大きいと、繊維が凝集して分散が悪くなり、成形体に密度のムラが生じるおそれがある。
【００３４】
前記繊維として、捲縮した形態や湾曲するように縮れた形態を付与された嵩高の繊維を用いるもできる。このような繊維は、これを用いて前記原料フォームを調製し、所定形状に成形して乾燥した際においても成形体の収縮を抑えることができるので、所望の肉厚を得る上で好ましい。
【００３５】
前記原料フォームの繊維含有率は、１０〜７０ｗｔ％が好ましく、１５〜５０ｗｔ％がより好ましい。原料フォームの繊維含有率が低すぎると充填した原料フォームを収容する容器が大型となり、設備が大規模となり、繊維含有率が高すぎると原料フォーム中の繊維の分散性が悪くなり、得られる成形体に密度のムラが生じるおそれがある。
【００３６】
前記発泡組成物に前記繊維を分散させる手法は、製造される繊維成形体の用途、形状、繊維の形態に応じて適宜選択することができる。該繊維の分散方法としては、例えば、撹拌して発泡させた前記組成物をさらに撹拌して発泡させながら同時に、前記繊維を徐々に添加する手法、前記組成物を、成形性を考慮した所定体積まで発泡させた後に前記繊維を混合する手法等が挙げられ、これらの中でも、高い気泡含有率が得られる点や繊維の分散性に優れる点から、前記組成物を撹拌し発泡させてから更に発泡させながら同時に前記繊維を徐々に添加していく手法が特に好ましい。このように、前記組成物を高い気泡含有率で発泡させた後に、繊維を分散させることにより、繊維の高含有率化と繊維の均一分散化を図ることができる。
【００３７】
前記原料フォームには、前記繊維を分散させた後又は分散させると共に、必要に応じ、消臭剤や吸着材等の機能剤等の添加物を添加することができる。該原料フォーム中の該添加物の添加量は、添加する添加物の種類や製造される繊維成形体の種類に応じて適宜設定することができる。
【００３８】
このようにして得られた原料フォームは、繊維間を微細な多数の気泡が満たしている構造であるため、気泡と繊維とが均一に分散した状態となり、且つ流動性が高くなる。
【００３９】
次に、図２（ａ）に示すように、前記雌型２の凹部２０内に前記原料フォームを所定量充填する。
前記原料フォームを充填するときには、乾燥時間を短縮する点から雌型２を所定温度にしておくことが好ましい。前記原料フォームを充填するときの前記雌型２の温度（金型温度）は、７０〜２５０℃が好ましく、１００〜２００℃がより好ましい。雌型の温度が低すぎると乾燥時間が長くなり、高すぎると繊維成形体の表面が熱により損傷を受けるおそれがある。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示すように、前記雄型３を前記雌型２に組み合わせ、前記凸部３０と前記凹部２０との間で前記原料フォームを圧縮して所定の含水率の繊維成形体に脱水成形する。
本実施形態では、先ず、前記第１の押圧体３１を前記雌型２の凹部２０内に充填された前記原料フォームに挿入する一方で前記第３の押圧体３３を雌型２の段部２０ａの上方に近づけ、この状態で、前記第２の押圧体３２のみを降下させて原料フォームの圧縮を開始した後に、これら第１〜第３の押圧体３１〜３３を併せて降下させ、図２（ｃ）に示すように、原料フォーム全体を前記雌型の内面に押圧して圧縮する。そして、前記クリアランスと繊維成形品が同形状となったところで、圧縮動作を完了する。
【００４１】
このように第１の押圧体３１を挿入し、原料フォーム中の水分と気泡の一部を当該押圧体３１の底部と外周面に形成されたスリットから系外に排出すると共に原料フォームの水位を上昇させた後、第２の押圧体３２を第１の押圧体３１の外周面に摺動させて大きく移動させ、同時に第１の押圧体３１及び第３の押圧体も若干移動させ、第１の押圧体３１、第２の押圧体３２及び第３の押圧体３３で原料フォーム全体を圧縮することにより、容器の底部や上端面に比べて密度が低くなりやすい胴部の密度を高めることができ、容器全体の密度がほぼ均一な繊維成形体を得ることができる。
【００４２】
前記第１の押圧体３１を前記原料フォームに挿入するとき並びに第１の押圧体３１、第２の押圧体３２及び第３の押圧体３３で前記原料フォームを圧縮するときには、雄型３を回転させて第１の押圧体３１、第２の押圧体３２、及び第３の押圧体３３を回転させることが好ましい。このように、雄型３を回転させることで、前記スリット３１ａ、３２ｄの周辺に原料フォーム中の繊維が集中することを防ぐことができ、密度が均一な繊維成形体の成形を行うことができる。
【００４３】
雄型３の凸部３０と雌型２の凹部との間で前記原料フォームを圧縮して繊維成形体を脱水成形する場合には、最初に前記第１の押圧体３１を降下させて前記原料フォーム内に挿入する。このとき、第１の押圧体３１とともに前記第３の押圧体３３も降下する。第１の押圧体３１、第２の押圧体３２及び前記第３の押圧体３３で原料フォームを凹部２０の内面及び段部２０ａに押圧して圧縮し、前記スリット３１ａ、３２ｄを通じて脱水しながら成形することが好ましい。
【００４４】
上述のように雌型２及び雄型３を組み合わせて圧縮しつつ脱水成形するときには、前記第１〜第３の押圧体３１〜３３を軸周りに回転させながら脱水成形する。このように雄型３を回転させながら圧縮して脱水成形することで、前記スリット３１ａ、３２ｄの周辺に繊維が集中したり、繊維が不均一な状態で原料フォームが圧縮されるのを防止することができる。また、繊維の配向性が押圧方向及び回転方向に揃いやすくなるため、得られる繊維成形体の強度向上する。
【００４５】
前記原料フォームを圧縮して脱水成形するときの前記雄型３の押圧力（荷重／投影面積）は、０．１〜２．０Ｐａが好ましく、０．２〜１．０Ｐａがより好ましい。雄型３の押圧力が低すぎると型締めが不十分で所望の形状に圧縮できず、脱水が不十分となったり、圧縮に時間を要し、高すぎると金型に過度の力が加わり、金型の寿命が短くなる場合がある。
【００４６】
前記雌型２の凹部２０と雄型３の凸部との隙間が成形品の形状となったところで前記雄型３の回転及び押圧による圧縮を停止し、原料フォームの圧縮による脱水成形を終了する。
【００４７】
前記脱水成形により得られる繊維成形体の含水率（重量含水率）は、４０〜８０％が好ましく、５０〜６５％がより好ましい。脱水成形により得られる繊維成形体の含水率が低すぎると圧縮率が大きくなりすぎて所望の低密度の成形体が得られないおそれがあり、高すぎると乾燥時間が長くなる。
【００４８】
次に、脱水成形された繊維成形体を加圧状態下でさらに乾燥成形する。この乾燥成形を行うときには、前記脱水成形に用いた前記雄型３とは別の雄型（図示せず）を用いる。該別の雄型は加熱して温度を９０〜２５０℃に設定するのが好ましく、１１０〜２００℃に設定するのがより好ましい。このように、乾燥成形のときに脱水成形とは別の雄型を用いることで、脱水成形時に雄型３のスリット３１ａ、３２ｄに繊維が詰まったりしている場合でも、脱水成形時に用いられた雄型のスリットに詰まった繊維に含まれるバインダーは加熱されず、従って固化しない。よってスリットに詰まった繊維は水で用意に除去でき、脱水成形時に用いられた雄型の洗浄が用意となる。
【００４９】
乾燥成形時の雌型の温度（金型温度）は、９０〜２５０℃が好ましく、１１０〜２００℃がより好ましい。雌型の温度が低すぎると乾燥時間が長くなり、高すぎると熱により繊維成形体の表面が損傷を受けるおそれがある。
【００５０】
繊維成形体が所定の含水率まで乾燥したら、前記雄型を一旦繊維成形体から離した後、該雄型をスリットの半ピッチ分回転させ、再び該雄型で該繊維成形体をプレスすることにより、乾燥後に得られる繊維成形体の内表面のスリット痕を潰すことにより、内表面を平滑にすることができる。
【００５１】
乾燥成形を終え、脱型された繊維成形体には、必要に応じ、該繊維成形体の表面にさらに前記バインダーのオーバーコート処理を施して耐水性や強度を高めたり、トリミング、印刷等の種々の処理を施すことができる。
【００５２】
上述のようにして製造された繊維成形体は、胴部、底部及びフランジ部の密度に大きく差が無く、成形体全体として密度が略均一であり、また、その密度も０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３と低く、断熱性に優れている。
また、繊維同士は主に前記バインダーで結合されて表層を形成し、特に型の平滑性がバインダーに転写されているため、低密度でも表面層はきわめて平滑であり、且つ高強度である。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の繊維成形体の製造装置及びこれを用いた繊維成形体の製造方法によれば、繊維成形体の全体に亘って密度が均一な立体形状を有する繊維成形体を製造することができる。特に、雄型３の第１の押圧体３１を原料フォーム中に挿入して原料フォームの水位を高くした状態で、第２の押圧体３２で原料フォームの押圧を開始し、第１〜第３の押圧体３１〜３３で原料フォーム全体を圧縮するので、胴部の密度を底部や上端面（フランジ部を含む）の密度に近づけることができ、成形体全体としての密度を均一化することができる。
【００５４】
また、雄型３に設けたスリット３１ａ、３２ｄによって水分及び泡を排出するので、スリットの跡等のない平滑な外表面を有する繊維成形体を製造することができる。
【００５５】
また、第１の押圧体３１を原料フォームに挿入するときや、第１〜第３の押圧体３１〜３３で原料フォームを圧縮するときに、これらを回転しながら行うようにしたので、スリット３１ａ、３２ｄの周辺に繊維が集中しない状態で原料フォームを圧縮することができ、成形後に得られる繊維成形体の表面性を良好にすることができる。
【００５６】
また、乾燥成形後に雄型（別の雄型）を成形体から一時的に離型した後、雄型を回転させながら再び成形体に接触させて成形体を押圧するので、得られる繊維成形体の内面をスリットの跡のない平滑なものとすることができる。
【００５７】
また、雌型２を脱水成形及び乾燥成形に併用しているため、脱水成形後に繊維成形体を乾燥工程に移動する必要がない。従って、移動による成形体の変形を懸念することもなく、移動手段も不要となる。
【００５８】
また、成形に用いる原料フォームを水、界面活性剤及びバインダーを含む組成物を発泡させた後に繊維を分散させて調製したので、原料フォーム中に繊維が均一に分散し、繊維が均一に分散した繊維成形体を得ることができる。
【００５９】
本発明は、前記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
【００６０】
本発明の繊維成形体の製造方法は、前記実施形態におけるように、第１の押圧体を原料フォーム内に挿入するときや前記第１〜第３の押圧体で原料フォームを押圧するときに雄型を一方向に回転させることが好ましいが、雄型を所定の角度で交互に繰り返し正逆回転（回動）させることもできるし、或いは雌型を回転させたり又は回動させることもできる。
【００６１】
また、本発明の繊維成形体の製造方法は、前記実施形態におけるように、脱水成形及び乾燥成形で同じ雌型を用いたが、脱水成形と乾燥成形とで別の雌型を用いてもよい。
【００６２】
また、前記実施形態では、乾燥成形に用いる別の雄型を脱水成形に用いる雄型と同一の大きさのものを用いたが、乾燥成形に用いる別の雄型を、脱水成形に用いた雄型よりも小さいものとすることもできる。この場合には、湿潤状態の繊維成形体に含まれる水分の蒸散や気泡の移動に伴って当該繊維成形体が雄型との隙間に膨出するので、外側は高密度で内側は低密度の繊維成形体を得ることができる。
【００６３】
また、前記実施形態では、容器の開口周縁部にフランジを有する繊維成形体を形成するため、第３の押圧体を備えた装置を用いたが、開口縁部の成形性を重要視しない場合には、第３の押圧体は省略することもできる。
また、各押圧体の移動順序や移動距離は、成形体の形状や希望とする成形体の密度に応じて選択することができる。
【００６４】
【実施例】
以下のようにカップ状の繊維成形体を作製し、得られた繊維成形体の全体の密度並びに底部、胴部及びフランジ部の密度を調べた。
【００６５】
〔原料フォームの調製〕
下記組成物を混合し、撹拌機で撹拌して気泡含有率が８５ｖｏｌ％となるように泡立てた後、マーセル化パルプ１５ｇを加えて分散させ、繊維含有率が２４ｗｔ％の原料フォームを調製した。
＜組成物配合＞
バインダー：デンプン４ｇ（６ｗｔ％）、ＰＶＡ２ｇ（３ｗｔ％）
界面活性剤：花王（株）製、商品名「エマール２２７」２ｇ（３ｗｔ％）
水：３５ｇ（５６ｗｔ％）
サイズ剤：日本ＰＣＭ社製、品番「ＡＳ２６２」４ｇ（対繊維及び澱粉総重量に対し２％）
【００６６】
＜脱水成形条件＞
図３に示す成形体の外形形状に対応するキャビティを有し、下記寸法形状のスリットを有する雄雌型を用意し、図２（ａ）に示すように、１１０℃に加熱した雌型の凹部内に前記原料フォーム６２ｇを充填した。そして、図２（ｂ）に示すように、前記第１の押圧体３１を回転させながら前記雌型２の凹部２０内に充填された前記原料フォームに挿入する一方で前記第３の押圧体３３を雌型２の段部２０ａの上方に近づける。この状態で、前記第２の押圧体３２のみを移動させて原料フォームの圧縮を開始した後に、これら第１〜第３の押圧体３１〜３３を併せて移動させ、図２（ｃ）に示すように、原料フォーム全体を前記雌型の内面に０．４Ｐａの押圧力で押圧して圧縮した。
【００６７】
＜キャビティの寸法形状＞
高さＨ：１１０ｍｍ
胴部上方部厚みＴ１：１．８ｍｍ
胴部中間部厚みＴ２：２ｍｍ
胴部下方部厚みＴ３：２．８ｍｍ
底面部厚みＴ４：２ｍｍ
フランジ部厚みＴ５：３ｍｍ
フランジ部外径φ１：９５ｍｍ
開口部内径φ２：８９ｍｍ
底部外形φ３：６８ｍｍ
テーパー角θ：１２°
【００６８】
＜雄雌型のスリットの寸法形状＞
第１の押圧体のスリット：幅０．１５ｍｍ、φ４５ｍｍの１４０°の円弧状、２本、幅０．１５ｍｍ、φ３５ｍｍの１４０°の円弧状、２本、幅０．１５ｍｍ、φ２５ｍｍの１４０°の円弧状、２本、
第２の押圧体のスリット：幅０．１５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、３２本
【００６９】
＜乾燥成形条件＞
脱水成形終了後、雄型を同じ外形で加熱ヒータを備えた雄型に取り替え、１１０度に過熱した当該雄型を、脱水成形された繊維成形体に０．４Ｐａの押圧力で押圧し、雌型（１１０℃加熱）とともに５分間挟持して乾燥成形した。
【００７０】
上述の実施例により得られた繊維成形体は、外観が白色不透明であり、以下のように全体として密度の差が非常に小さく、内外面とも雄雌型の形状が良好に転写されたものであった。また、バインダによって少なくとも一部が覆われた繊維同士が、厚み方向と直角をなす方向に交わるように配向されて積層されて結合し、バインダーが付着した繊維が表層部に露出しているため、表層部に外殻状に緻密な層が形成され、平滑性もあることが確認された。また、内部はパルプ同士が一部が水素結合で結合しており、少ないバインダー量で断熱性を備えた強度の高い容器であることが確認された。また、胴部において繊維が主に上下方向に配向しているため、座屈し難いものである。
【００７１】
＜繊維成形体の密度＞
胴部の密度：０．２１ｇ／ｃｍ３
底部の密度：０．１９ｇ／ｃｍ３
フランジ部の密度：０．３９ｇ／ｃｍ３
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、表面性及び表面強度に優れ、且つ密度が均一な立体形状を有する繊維成形体の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維成形体の製造装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の繊維成形体の製造方法の一実施形態を模式的に示す図であり、（ａ）は図、（ｂ）は図、（ｃ）は図である。
【図３】本発明の一実施形態により製造される繊維成形体の寸法形状を示す半断面図である。
【符号の説明】
１ 繊維成形体の製造型
２ 雌型
２０ 凹部
３ 雄型
３０ 凸部
３１ 第１の押圧体
３２ 第２の押圧体
３３ 第３の押圧体
１０ 繊維成形体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a fiber molded article obtained by dehydrating and drying a slurry containing fibers and a production apparatus used for carrying out the production method, and in particular, to a fiber using a slurry containing bubbles. The present invention relates to a method and an apparatus suitable for producing a molded article.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
Conventionally, as a container for various foodstuffs such as instant cup surfaces, beverages, confectionery, etc., a paperboard is cut out into a circular and fan-shaped form as a backing sheet, folded and joined, and a cup-shaped container having a bottom and a body. What is done is generally known.
However, this type of paperboard container needs to have a multilayer structure in order to form a seam and provide heat insulation and the like, and the production is complicated and the design is limited.
[0003]
On the other hand, there is known a pulp molding container in which a slurry containing pulp fibers is formed by a predetermined mold and dried as a paper container having no design restrictions and without seams. As a technique for imparting heat insulating properties to such a pulp molded container, molding at a low density, such as the technique described in JP-A-2000-54300, or the technique described in JP-A-9-324399, has been proposed. As described above, it is known that a foaming agent is included to increase the bulk.However, molded articles obtained by these techniques have insufficient surface properties, poor printability, or have low surface strength. there were.
[0004]
Further, as a molding technique of a low-density molded article, as in the technique described in JP-A-5-77250, pulp and a biodegradable thickener are used as raw materials, and a waste property having a three-dimensional network structure and heat insulation are provided. A fiber molded body having properties is known, but a fiber molded body obtained by this technique also has poor surface properties and low surface strength.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a fiber molded article having a three-dimensional shape having excellent surface properties and surface strength and having a uniform density. Further, the present invention provides a method and an apparatus for manufacturing a fiber molded body capable of pressing an arbitrary portion of the fiber molded body having a three-dimensional shape to a desired density.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, after filling a predetermined amount of a slurry containing fibers into a female mold, a male mold is inserted into the female mold, and the slurry is pressed by the male mold and the female mold to wet the fibers. The object has been achieved by providing a method for producing a fiber molded body, which comprises molding a molded body and then drying the wet fiber molded body.
[0007]
The present invention is a fiber molded article manufacturing apparatus used for performing the fiber molded article manufacturing method of the present invention, comprising a female mold and a male mold corresponding to the female mold. Has achieved the object by providing an apparatus for manufacturing a fiber molded body having a first pressing body and a second pressing body into which the first pressing body is slidably inserted. It is.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings.
[0009]
1 and 2 show an embodiment in which the apparatus for producing a fiber molded article of the present invention is applied to an apparatus for producing a base material for a food container capable of storing various foods such as instant cup noodles. In these figures, reference numeral 1 denotes a manufacturing apparatus, and 10 denotes a fiber molded body.
[0010]
As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus 1 includes a female mold 2 having a concave portion 20 and a male mold 3 having a convex portion 30 corresponding to the concave portion 20. The female mold 2 and the male mold 3 in the present embodiment are provided such that a clearance C corresponding to the dimensions and shape of the fiber molded body finally obtained in a state where both are combined (mold clamping state). .
[0011]
The recess 20 of the female mold 2 corresponds to the outer peripheral surface of the obtained container, and is provided so that the inner periphery thereof gradually increases in diameter upward. In addition, the recess 20 is provided with a step 20a so that a flange is formed at the opening edge of the obtained container. The inner surface of the concave portion 20 is subjected to an easy-peeling treatment with a fluororesin, a silicone resin, or the like so that the raw material and the molded body do not easily adhere. Although not shown in the figure, the female mold 2 is provided with a cartridge-type heater therein, and is provided so that the male mold 2 can be used for dehydration molding and dry molding, as described later. .
[0012]
The convex portion 30 of the male mold 3 includes a cylindrical first pressing body 31, a second pressing body 32 into which the first pressing body 31 is slidably inserted, and a third pressing body 33. It has.
[0013]
The inside of the first pressing body 31 is provided in a hollow cylindrical shape. In the present embodiment, the bottom surface of the first pressing body 31 is provided with a slit 31a communicating with the outside. Then, when the slurry containing air bubbles described below (hereinafter referred to as “raw material foam”) is compressed by the first pressing body 31 through these slits 31a, moisture and bubbles of the raw material foam are discharged to the outside. A connecting plate 31b is provided at the upper end of the first pressing body 31.
[0014]
The second pressing body 32 is inserted into the first pressing body 31 so as to be slidable on the outer peripheral surface of the first pressing body 31. The outer peripheral surface of the second pressing body 32 has a shape corresponding to the inner peripheral surface of the body of the obtained fiber molded body, and a step 32a corresponding to the line of hot water in the container is formed. A taper 32b is formed so as to gradually taper as it advances from the step portion 32a to the tip (downward), and a step 32c corresponding to the step for stacking is formed. The taper 32b is not limited to a conical shape, and may be a shape having no undercut that makes it difficult to release, for example, a hemispherical shape.
[0015]
A plurality of vertically extending slits 32d communicating with the outside are provided at predetermined intervals on the outer peripheral surface of the second pressing body 32, and moisture and bubbles of the raw material foam are discharged to the outside through these slits 32d. It has become. The width of the slit 32d is preferably from 50 to 1000 μm, and more preferably from 100 to 500 μm. If the width of the slit is too narrow, the solid content in the raw material foam is easily clogged and the drainage efficiency is reduced. If the width of the slit is too wide, a mark of the slit is likely to remain on the obtained molded body, burrs are generated, and the yield of the raw material is reduced. The length of the slit and the number of slits can be appropriately set according to the size and shape of the fiber molded product to be molded.
[0016]
A pressing plate 32e is provided at the upper end of the second pressing body 32, and the raw material foam can be compressed by pressing the pressing plate 32e. Further, in the present embodiment, the first pressing member 31 is disposed in the second pressing member 32, and the connecting plate 31b is pressed by the pressing plate 32e, so that the first pressing member 31 is combined with the second pressing member 32. The first pressing body 31 and the third pressing body 33 can be pressed at the same time.
[0017]
The third pressing body 33 is inserted outside the second pressing body 32, and the lower end face 33 a of the third pressing body 33 forms the upper end face of the fiber molded body to be manufactured.
In the case of molding a molded body using a male mold having a plurality of members (pressing bodies) as in the present embodiment, the pressing stroke (moving distance when pressing) of each member is set according to the pressed portion. By doing so, for example, the compression ratios of the raw material foams of the body, the bottom, and the flange can be made substantially the same, and the density and surface properties of the obtained fiber molded body can be made uniform. Further, by changing the pressing stroke in accordance with the pressed portion, a specific portion can be set to a desired density. For example, the density of the flange portion can be increased, the strength of the opening can be increased, and the grip strength of that portion can be increased.
[0018]
Next, a preferred embodiment of the method for producing a fiber molded article of the present invention will be described based on a method for producing a fiber molded article using the production apparatus 1.
[0019]
In the production method of the present embodiment, first, a raw material foam to be a raw material of a fiber molded body is prepared. In this embodiment, a foamable composition containing water, a surfactant, and a binder is prepared.
[0020]
The surfactants include anionic, cationic, amphoteric, and nonionic surfactants depending on applications such as antistatic (prevention of dust adhesion due to electrification), and suppressing chemical reactions such as gelation. And can be used singly or in combination. Examples of the surfactant include anionic surfactants such as fatty acid salts, alkyl sulfate salts, and polyoxyethylene alkyl ether sulfate salts, and cationic surfactants include alkylamine salts and quaternary surfactants. Examples of the amphoteric surfactant include alkyl betaines and amine oxides, and the nonionic surfactants include glycerin fatty acid esters and polyethylene alkyl ethers. Among these, anionic surfactants are particularly preferred from the viewpoint of good foaming power.
[0021]
The surfactant is added to the raw material foam to be prepared in a predetermined amount so as to obtain foam having a cell content as described below. The amount of the surfactant to be added to the raw material foam is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight.
[0022]
Examples of the binder include natural polysaccharides such as starch and carboxymethylcellulose and / or processed products thereof, and synthetic water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyacrylamide, and polyamine. Among these, starch and PVA are preferred from the viewpoints of adhesive strength after drying, strength, surface denseness, surface strength, prevention of generation of paper dust, water resistance, and material cost.
[0023]
The amount of the binder added is preferably 5 to 70 wt%, more preferably 15 to 50 wt%, based on the fibers described below. If the added amount of the binder is too small, the tensile strength, bending strength, and compressive strength of the molded body may be reduced, and the surface property may be reduced to easily generate paper powder, or the water resistance of the surface may be reduced. If the amount is too large, the strength reinforcing effect due to the entanglement of the fibers is reduced, the strength of the molded body is reduced, the stain on the mold at the time of molding becomes remarkable, and the material cost may be increased.
[0024]
If necessary, additives such as a thickener, a foam stabilizer, a foam enhancer, and a dispersant can be added to the composition. The amount of the additive in the composition can be appropriately set according to the additive to be added.
[0025]
Next, the composition is foamed by applying an external force. The foam content of the composition after foaming (hereinafter, also referred to as a foaming composition) is preferably from 20 to 95 vol%, more preferably from 40 to 90 vol%. If the bubble content is too low, the flowability of the raw material foam in the mold is reduced, and poor molding, uneven density, and dispersion of fibers may occur. If too high, the volume of the raw material foam in the initial stage of molding increases. Therefore, the mold must be unnecessarily increased in size. Here, the cell content (%) of the foamed composition is a value calculated by (volume of foamed composition−volume of composition before foaming) × 100 / (volume of foamed composition).
[0026]
The size of the cells in the foamed composition is preferably small in that the cells can be uniformly and frequently attached to the surface of the fiber, and the moldability and surface properties can be improved. The size (maximum length) of the bubbles is preferably 50 to 2000 μm, and more preferably 80 to 1000 μm.
[0027]
As described later, when the first pressing body is inserted, the foaming composition partially surrounds the first pressing body (between the outer peripheral surface of the pressing body and the inner peripheral surface of the female mold). It is preferable that the foamed composition has fluidity such that the foamed composition can move.
[0028]
The method of foaming the composition by applying an external force is not particularly limited. As the method, for example, a method in which the composition is housed in a container such as a tank, and then the composition is stirred and foamed by a stirrer equipped with stirring blades, and a vibrator is attached to the container to attach the composition. A method of foaming by vibrating the vibrator at a predetermined frequency, a method of directly supplying a gas such as air to the composition and bubbling to foam, a method of generating fine bubbles by decompression, abruptly releasing a high pressure state And a method by a chemical reaction. Among these, stirring or foaming into the composition from the viewpoint of easy foaming (foaming) and easy control of the foaming amount. Is particularly preferred.
[0029]
Next, fibers are added to the foam composition so as to have a predetermined fiber content, and the fibers are uniformly dispersed to obtain a raw material foam.
[0030]
Examples of the fibers include natural fibers, synthetic fibers, and semi-synthetic fibers. In particular, the fibers have a water absorption of JAPAN, TAPPI, No. Fibers having a water retention of 130% or less measured according to 26-78 are preferably used. Examples of such low water-absorbing fibers include natural fibers, synthetic fibers, synthetic fibers, and natural fibers or inorganic / metal fibers whose surfaces are hydrophobized and exhibiting low water absorption derived from nature. Each of these fibers can be used alone or in combination of two or more.
[0031]
Examples of the natural fibers having hydrophobicity derived from nature include mineral fibers such as asbestos. Natural fibers can be used alone or in combination of two or more. Examples of the synthetic fibers exhibiting low water absorption include, for example, fibers using polyamide-based, polyvinyl alcohol-based, polyvinylidene chloride-based, polyester-based, polyacrylonitrile-based, polyolefin-based, polyetherester-based, and polyurethane-based resins. And the like. These synthetic fibers can be used alone or in combination of two or more.
In addition, as the natural fiber whose surface is hydrophobized, the surface and / or inside of a natural fiber such as a fiber obtained by spraying and / or impregnating the natural fiber with a hydrophobic component such as mercerized pulp, crosslinked pulp, fluorine, or silicone. And a fiber made hydrophobic. These fibers may be used alone or in combination of two or more.
[0032]
When a synthetic fiber having hydrophobicity or a synthetic fiber having a hydrophobic surface is used as the fiber, it is particularly preferable to use a thermoplastic synthetic fiber. By using such a thermoplastic synthetic fiber, at the time of heating and drying in the manufacturing process of the obtained fiber molded body, the fiber molding is obtained by heat-sealing the fibers and joining them together or entanglement the fibers. The strength and shape retention of the body can be improved.
[0033]
The fibers preferably have an average fiber length of 0.1 to 50 mm, more preferably 1.0 to 20 mm. If the average fiber length is too short, the bonds between the fibers are poor, and the moldability may be poor, or a molded product having the desired strength may not be obtained.If the average fiber length is too long, the flow of the raw material foam due to the entanglement of the fibers may occur. Performance may be reduced. Further, if the entanglement between the fibers is large, the fibers are aggregated and the dispersion is deteriorated, and there is a possibility that unevenness in density may occur in the molded article.
[0034]
As the fiber, a bulky fiber having a crimped form or a form crimped so as to be curved may be used. Such a fiber is preferable for obtaining a desired wall thickness because shrinkage of a formed body can be suppressed even when the raw material foam is prepared using the fiber, formed into a predetermined shape, and dried.
[0035]
The fiber content of the raw material foam is preferably from 10 to 70 wt%, more preferably from 15 to 50 wt%. If the fiber content of the raw material foam is too low, the container for accommodating the filled raw material foam becomes large, the equipment becomes large, and if the fiber content is too high, the dispersibility of the fibers in the raw material foam becomes poor, and the resulting molding There is a possibility that unevenness in density may occur in the body.
[0036]
The method for dispersing the fibers in the foam composition can be appropriately selected according to the use, shape, and fiber form of the fiber molded article to be produced. As a method of dispersing the fibers, for example, a method of gradually adding the fibers while simultaneously stirring and foaming the composition that has been foamed by stirring; A method of mixing the fibers after the foaming is performed, and among these, from the viewpoint of obtaining a high bubble content rate and excellent dispersibility of the fibers, the composition is stirred and foamed, and then further foamed. It is particularly preferable to gradually add the fibers simultaneously with the addition. As described above, by dispersing the fibers after foaming the composition with a high bubble content, it is possible to increase the content of the fibers and to uniformly disperse the fibers.
[0037]
After or after dispersing the fibers, additives such as a functional agent such as a deodorant or an adsorbent can be added to the raw material foam, if necessary. The amount of the additive in the raw material foam can be appropriately set according to the type of the additive to be added and the type of the fiber molded body to be produced.
[0038]
The raw material foam thus obtained has a structure in which the space between fibers is filled with a large number of fine air bubbles, so that the air bubbles and the fibers are uniformly dispersed, and the fluidity is high.
[0039]
Next, as shown in FIG. 2A, a predetermined amount of the raw material foam is filled in the concave portion 20 of the female mold 2.
When filling the raw material foam, the female mold 2 is preferably kept at a predetermined temperature in order to shorten the drying time. The temperature (mold temperature) of the female mold 2 at the time of filling the raw material foam is preferably from 70 to 250C, more preferably from 100 to 200C. If the temperature of the female mold is too low, the drying time is prolonged, and if it is too high, the surface of the fiber molded body may be damaged by heat.
[0040]
Next, as shown in FIG. 2B, the male mold 3 is combined with the female mold 2, and the raw material foam is compressed between the convex portion 30 and the concave portion 20 to obtain a fiber having a predetermined moisture content. Dehydration molding is performed on a molded body.
In the present embodiment, first, the first pressing body 31 is inserted into the raw material foam filled in the concave portion 20 of the female mold 2 while the third pressing body 33 is connected to the step 20 a of the female mold 2. In this state, only the second pressing body 32 is lowered to start compressing the raw material foam, and then the first to third pressing bodies 31 to 33 are lowered together, and FIG. As shown in (c), the entire raw material foam is pressed against the inner surface of the female mold and compressed. Then, when the clearance and the fiber molded product have the same shape, the compression operation is completed.
[0041]
Thus, the first pressing body 31 is inserted, a part of the water and the bubbles in the raw material foam are discharged out of the system through the slits formed on the bottom and the outer peripheral surface of the pressing body 31, and the water level of the raw material foam is reduced. After being raised, the second pressing body 32 is slid to the outer peripheral surface of the first pressing body 31 and largely moved, and at the same time, the first pressing body 31 and the third pressing body are also slightly moved. By compressing the entire raw material foam with the pressing body 31, the second pressing body 32, and the third pressing body 33, it is possible to increase the density of the body portion, which tends to have a lower density than the bottom or upper end surface of the container. As a result, it is possible to obtain a fiber molded body having a substantially uniform density of the entire container.
[0042]
When inserting the first pressing body 31 into the raw material foam and when compressing the raw material foam with the first pressing body 31, the second pressing body 32, and the third pressing body 33, the male mold 3 is rotated. Then, it is preferable to rotate the first pressing body 31, the second pressing body 32, and the third pressing body 33. By rotating the male mold 3 in this way, it is possible to prevent fibers in the raw material foam from concentrating around the slits 31a and 32d, and to form a fiber molded body having a uniform density. .
[0043]
When compressing the raw material foam between the convex portion 30 of the male mold 3 and the concave portion of the female mold 2 to perform dehydration molding of the fiber molded body, the first pressing body 31 is first lowered and the raw material is lowered. Insert into a form. At this time, the third pressing body 33 descends together with the first pressing body 31. The raw material foam is pressed by the first pressing body 31, the second pressing body 32, and the third pressing body 33 against the inner surface of the concave portion 20 and the step portion 20a, and is formed while being dewatered through the slits 31a and 32d. Is preferred.
[0044]
As described above, when the female mold 2 and the male mold 3 are combined for dehydration molding while being compressed, dehydration molding is performed while rotating the first to third pressing bodies 31 to 33 around the axis. By performing dehydration molding by compressing while rotating the male mold 3 in this way, it is possible to prevent the fibers from concentrating around the slits 31a and 32d and prevent the raw material foam from being compressed in a state where the fibers are uneven. be able to. Further, since the orientation of the fibers is easily uniform in the pressing direction and the rotating direction, the strength of the obtained fiber molded body is improved.
[0045]
The pressing force (load / projected area) of the male mold 3 when compressing and dewatering the raw material foam is preferably from 0.1 to 2.0 Pa, more preferably from 0.2 to 1.0 Pa. If the pressing force of the male mold 3 is too low, the mold cannot be compressed to a desired shape due to insufficient clamping, and the dewatering becomes insufficient or it takes time to compress. If it is too high, excessive force is applied to the mold. However, the life of the mold may be shortened.
[0046]
When the gap between the concave portion 20 of the female mold 2 and the convex portion of the male mold 3 becomes a molded product, the compression by rotation and pressing of the male mold 3 is stopped, and the dehydration molding by compressing the raw material foam is completed. .
[0047]
The moisture content (weight moisture content) of the fiber molded product obtained by the dehydration molding is preferably from 40 to 80%, more preferably from 50 to 65%. If the water content of the fiber molded product obtained by the dehydration molding is too low, the compression ratio may be too large to obtain a desired low-density molded product, and if it is too high, the drying time is prolonged.
[0048]
Next, the dehydrated fiber molded body is further dried and molded under a pressurized state. When performing the dry molding, a male mold (not shown) different from the male mold 3 used for the dehydration molding is used. The other male mold is preferably heated to set the temperature at 90 to 250 ° C, more preferably at 110 to 200 ° C. As described above, by using a male mold different from the dehydration molding at the time of the dry molding, even when the fibers are clogged in the slits 31a and 32d of the male mold 3 at the time of the dehydration molding, it is used at the time of the dehydration molding. The binder contained in the fibers plugged in the male slit is not heated and therefore does not solidify. Therefore, the fibers clogged in the slit can be easily removed with water, and the cleaning of the male mold used at the time of dehydration molding becomes ready.
[0049]
The temperature (mold temperature) of the female mold at the time of dry molding is preferably 90 to 250C, more preferably 110 to 200C. If the temperature of the female mold is too low, the drying time is prolonged, and if it is too high, the surface of the fiber molded body may be damaged by heat.
[0050]
After the fiber molded body is dried to a predetermined moisture content, once the male mold is separated from the fiber molded body, the male mold is rotated by a half pitch of the slit, and the fiber molded body is pressed again with the male mold. Thereby, the inner surface can be smoothed by crushing the slit marks on the inner surface of the fiber molded body obtained after drying.
[0051]
After the completion of the dry molding, the demolded fiber molded body is subjected to an overcoat treatment of the binder on the surface of the fiber molded body, if necessary, to increase the water resistance and strength, or to perform various processes such as trimming and printing. Can be performed.
[0052]
In the fiber molded body manufactured as described above, there is no large difference in the density of the body, the bottom, and the flange, the density is substantially uniform as a whole of the molded body, and the density is 0.1 to 0.1. 5g / cm3And low, excellent in heat insulation.
The fibers are mainly bonded to each other with the binder to form a surface layer. In particular, since the smoothness of the mold is transferred to the binder, the surface layer is extremely smooth and has high strength even at a low density.
[0053]
As described above, according to the fiber molded body manufacturing apparatus and the fiber molded body manufacturing method using the same according to the present embodiment, the fiber molded body having a three-dimensional shape with a uniform density over the entire fiber molded body Can be manufactured. In particular, in a state where the first pressing body 31 of the male mold 3 is inserted into the raw material foam and the water level of the raw material foam is raised, the pressing of the raw material foam is started with the second pressing body 32, and Since the entire raw material foam is compressed by the pressing members 31 to 33, the density of the body can be close to the density of the bottom and the upper end surface (including the flange portion), and the density of the entire molded body can be made uniform. it can.
[0054]
Further, since moisture and bubbles are discharged by the slits 31a and 32d provided in the male mold 3, a fiber molded body having a smooth outer surface without a trace of the slit can be manufactured.
[0055]
In addition, when the first pressing body 31 is inserted into the raw material foam or when the raw material foam is compressed by the first to third pressing bodies 31 to 33, these are performed while rotating them, so that the slit 31a is formed. , 32d, the raw material foam can be compressed in a state where the fibers are not concentrated, and the surface property of the fiber molded body obtained after molding can be improved.
[0056]
Further, after the male mold (another male mold) is temporarily released from the molded body after the dry molding, the molded body is pressed again by rotating the male mold so as to come into contact with the molded body. Can be made smooth without any trace of slits.
[0057]
Further, since the female mold 2 is used for both dehydration molding and drying molding, there is no need to move the fiber molded body to the drying step after dehydration molding. Therefore, there is no need to worry about deformation of the molded body due to movement, and no moving means is required.
[0058]
Also, since the raw material foam used for molding was prepared by dispersing the fibers after foaming a composition containing water, a surfactant and a binder, the fibers were uniformly dispersed in the raw material foam, and the fibers were uniformly dispersed. A fiber molded article can be obtained.
[0059]
The present invention is not limited to the above embodiment at all, and can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
[0060]
As described in the above embodiment, the method for producing a fiber molded body according to the present invention includes a method for inserting a first pressing body into a raw material foam and pressing the raw material foam with the first to third pressing bodies. Although it is preferable to rotate the mold in one direction, the male mold can be alternately and repeatedly rotated (rotated) at a predetermined angle, or the female mold can be rotated or rotated.
[0061]
Further, in the method for producing a fiber molded body of the present invention, the same female mold is used for dehydration molding and dry molding as in the above embodiment, but different female molds may be used for dehydration molding and dry molding. .
[0062]
In the above embodiment, another male mold used for dry molding is the same size as the male mold used for dehydration molding. However, another male mold used for dry molding is used as a male mold used for dehydration molding. It can be smaller than the mold. In this case, the fiber molded body swells in the gap with the male mold due to the evaporation of moisture and the movement of bubbles contained in the wet fiber molded body, so that the outside has a high density and the inside has a low density. A fiber molded article can be obtained.
[0063]
Further, in the above-described embodiment, the apparatus provided with the third pressing body was used in order to form a fiber molded body having a flange on the peripheral edge of the opening of the container. The third pressing body can be omitted.
Further, the moving order and the moving distance of each pressing body can be selected according to the shape of the molded body and the desired density of the molded body.
[0064]
【Example】
A cup-shaped fiber molded body was prepared as follows, and the overall density of the obtained fiber molded body and the densities of the bottom, the body, and the flange were examined.
[0065]
(Preparation of raw material foam)
The following composition was mixed and stirred with a stirrer to foam the foam so that the bubble content became 85 vol%. Then, 15 g of mercerized pulp was added and dispersed to prepare a raw material foam having a fiber content of 24 wt%.
<Composition of composition>
Binder: starch 4 g (6 wt%), PVA 2 g (3 wt%)
Surfactant: 2 g (3 wt%) of "Emal 227" manufactured by Kao Corporation
Water: 35g (56wt%)
Sizing agent: manufactured by PCM Japan, product number "AS262" 4 g (2% based on total weight of fiber and starch)
[0066]
<Dehydration molding conditions>
A male and female mold having a cavity corresponding to the outer shape of the molded body shown in FIG. 3 and having slits having the following dimensions and shapes was prepared, and as shown in FIG. 62 g of the raw material foam was filled therein. Then, as shown in FIG. 2B, the third pressing body 33 is inserted into the raw material foam filled in the recess 20 of the female mold 2 while rotating the first pressing body 31. Is brought closer to above the step 20a of the female mold 2. In this state, after only the second pressing body 32 is moved to start the compression of the raw material foam, the first to third pressing bodies 31 to 33 are moved together, as shown in FIG. Thus, the entire raw material foam was pressed against the inner surface of the female mold with a pressing force of 0.4 Pa and compressed.
[0067]
<Cavity dimensions>
Height H: 110mm
Body upper part thickness T1: 1.8 mm
Middle part thickness T2: 2mm
Lower body thickness T3: 2.8 mm
Bottom part thickness T4: 2mm
Flange thickness T5: 3mm
Flange outer diameter φ1: 95mm
Opening inner diameter φ2: 89mm
Bottom outer diameter φ3: 68mm
Taper angle θ: 12 °
[0068]
<Dimensions of male and female slits>
Slits of the first pressing body: 140 ° arc shape of 0.15 mm width, φ45 mm, two, 140 ° arc shape of 0.15 mm width, φ35 mm, two, 140 ° arc of 0.15 mm width, φ25 mm Arc-shaped, two,
Slit of the second pressing body: width 0.15 mm, length 100 mm, 32
[0069]
<Dry molding conditions>
After the completion of dehydration molding, the male mold was replaced with a male mold having a heater with the same outer shape, and the male mold heated to 110 ° was pressed against the dehydrated fiber molded body with a pressing force of 0.4 Pa, and It was sandwiched together with a mold (heated at 110 ° C.) for 5 minutes and dried and formed.
[0070]
The fiber molded product obtained by the above-mentioned example has a white and opaque appearance, a very small difference in density as a whole, and a good transfer of the male-female shape on the inner and outer surfaces as follows. there were. Further, since the fibers at least partially covered by the binder are oriented and laminated so as to intersect in a direction perpendicular to the thickness direction and bonded together, and the fibers to which the binder is attached are exposed in the surface layer portion, It was confirmed that a dense layer having an outer shell shape was formed on the surface layer, and that the layer had smoothness. Further, it was confirmed that the inside of the pulp was partly bonded by hydrogen bonds, and the container was a strong container provided with heat insulation with a small amount of binder. In addition, since the fibers are mainly oriented in the up-down direction in the trunk, they are difficult to buckle.
[0071]
<Density of molded fiber>
Body density: 0.21 g / cm3
Bottom density: 0.19 g / cm3
Flange density: 0.39 g / cm3
[0072]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a fiber molded article having a three-dimensional shape having excellent surface properties and surface strength and having a uniform density.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of an apparatus for producing a fiber molded body of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing one embodiment of a method for producing a fiber molded body of the present invention, wherein (a) is a figure, (b) is a figure, and (c) is a figure.
FIG. 3 is a half sectional view showing the dimensions and shape of a fiber molded body manufactured according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1) Manufacturing mold for fiber moldings
2 female type
20mm recess
3 male type
30 ° convex
31 first pressing body
32 ° second pressing body
33 ° third pressing body
10mm fiber molding
