JP2004124322A - 天然繊維入り樹脂成形品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】凸形状を必要とする部位に母材と同様な材料からなるマットを追加するだけでボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に成形することを可能とし、製品の軽量化およびコストの低減化を図ることが出来ると共に、リサイクル性にも優れた天然繊維入り樹脂成形品を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される天然繊維入り樹脂成形品であって、凸形状を必要とする部位に、前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる。
【選択図】 図１
【解決手段】熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される天然繊維入り樹脂成形品であって、凸形状を必要とする部位に、前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる天然繊維入り樹脂成形品に関し、更に詳しくは、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングして絡み合わせマット状に形成してなる基材マットを加熱・加圧することにより成形される天然繊維入り樹脂成形品およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングして絡み合わせマット状に形成してなる基材マットを加熱・加圧することにより所定形状に成形されたシート状成形品を得る技術は、従来からいろいろな方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
一方、例えば自動車のドアパネル内装部材（図１を参照）のように、当該部材（樹脂成形品）Ａをドア本体に設けられたファスナーＦに取り付ける場合、取付け用のボスＢを必要とし、またドアパネルとしての強度を上げるためには補強用リブを必要とする。これらのボスやリブ等を必要とする場合に従来では、ボスやリブ等をインサート成形するか或いは後付け加工により取り付けていた。その為、製造時のコストが高くなると共に、インサート材として樹脂成形品とは異なる材質が混入することが多いのでリサイクル性に乏しいものであった。
【０００３】
【先行技術文献の開示】
【特許文献１】
特開平１１−１３８５１５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、加熱・加圧成形機を用いてボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に突出形成し得る方策を鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性樹脂繊維に天然繊維、取り分け竹繊維をニードルパンチングした基材マットを加熱軟化させて熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧しながら成形すると、ボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に突出形成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明の目的は、ボスやリブ等の凸形状を必要とする場合に、凸形状を必要とする部位に母材と同様な材料からなるマットを追加するだけでボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に成形することを可能とし、製品の軽量化およびコストの低減化を図ることが出来ると共に、リサイクル性にも優れた天然繊維入り樹脂成形品およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の天然繊維入り樹脂成形品は、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される天然繊維入り樹脂成形品であって、凸形状を必要とする部位に、前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる事を特徴としたものである（請求項１）。
この際、前記熱可塑性樹脂繊維としては、その太さが２〜１５デニールで、ＭＩ値（溶融流動性）が２０以上であるものを使用し（請求項２）、前記天然繊維としてはその繊維長が５１ｍｍ以下で、繊維径が０．５ｍｍ以下の竹繊維またはジュートまたはケナフから選ばれた１種または２種以上を組合わせてなるものを使用（請求項３，４）することが好ましい。
また、本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてマット状となし、該基材マットを熱可塑性樹脂繊維の溶融温度に加熱してその上に当該樹脂成形品において凸形状を必要とする部位に前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これを前記基材および付加用マット中の熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃〜７０℃高い温度で加熱して溶融状態となし、当該熱可塑性樹脂繊維が溶融した状態でもって２ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なうことにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成する事を特徴としたものである（請求項５）。
この際、前記基材マット中に、当該天然繊維入り樹脂成形品のスクラップ材を加えても良いし（請求項６）、または当該天然繊維入り樹脂成形品のスクラップ材を前記基材マットとして利用するようにしても良い（請求項７）。
【０００７】
熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングして混合せしめ、マット状に形成したものを加熱溶融させた状態で加圧成形するだけで、凸形状を他の部分と同一体に突出形成し得ることは意外なことである。ボスやリブ等の凸形状を必要とする部位に基材マットと同じ混合繊維からなる付加用マットを部分的に重ね合わせて目付量を増やした状態でプレス圧力を高めることにより混合繊維の流動性が向上し、よって溶融状態の混合繊維が成形型における凸形状形成部内に容易に充満され、その結果、所望の形状をした凸形状が他の部分と同一体に形成されるものである。尚、形成しようとしている凸形状が小さい場合には、付加用マットを別個に重ね合わせずとも凸形状を他の部分と同一体に形成することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な好適実施例を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は実施例のものに限定されるものではない。
図１は樹脂成形品Ａに凸形状としてボスＢを形成した実施の一例を示し、図２は凸形状としてリブＣを形成した実施の一例を示し、全図面を通して同様の構成部材には同じ符号を付してある。
【０００９】
本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品Ａは、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせ混合して形成された基材マット１を加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される。この際、樹脂成形品Ａにおいて凸形状Ｂ，Ｃを必要とする部位ａに、上記基材マット１と少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マット２を積層せしめて加熱・加圧することにより、所望の凸形状Ｂ，Ｃが他の部分４と同一体に突出形成される。ここで、付加用マット２が基材マット１と少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなるとは、付加用マット２としては、基材マット１に使用している天然繊維とは異なる天然繊維を用いても良いが、熱可塑性樹脂繊維は同種の熱可塑性樹脂繊維を用いて混合繊維とすることを意味するものである。
【００１０】
基材マット１及び付加用マット２を形成する熱可塑性樹脂繊維としては、天然繊維を結合させるためのマトリックス材料として作用するものであれば格別制限されるものではないが、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維等の熱可塑性樹脂繊維から選ばれた１種または２種以上を混合したものが好適に用いられる。
【００１１】
また、基材マット１及び付加用マット２を形成するのに使用される熱可塑性樹脂繊維としては、繊維長が５１ｍｍ以下で、太さが２〜１５デニールの範囲、好ましくは３〜１０デニールの範囲で、且つＭＩ値（溶融流動性）は２０以上が好ましく、更には３０以上であるものを用いるのが好ましい。使用する熱可塑性樹脂繊維の繊維長が５１ｍｍより長くなると、マット製造工程の中で繊維を解す工程において繊維が解れにくくなる。太さが２デニールより細いとやはり繊維が解れにくく、特殊な装置が必要になり、１５デニールより太くなるとニードルパンチングの工程で針への抵抗が増え、針折れの原因となるので好ましくない。
【００１２】
また、使用する熱可塑性樹脂繊維のＭＩ値が２０より小さいと、一緒に使用する天然繊維にもよるが、基材マット１および付加用マット２を加熱・加圧した時にマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が不足して所望の凸形状が得にくくなる。熱可塑性樹脂繊維のＭＩ値が２０以上あれば、熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まるので溶融状態となった混合繊維が成形型における凸形状形成部３内に容易に充満され、充実した凸形状Ｂ，Ｃが確実に得られるようになる。
ここでＭＩ値（溶融流動性）とは、熱可塑性樹脂繊維が溶融したときの流動性を言い、ＪＩＳ規格のＫ７２０３に準拠して測定される値である。
【００１３】
そして、基材マット１及び付加用マット２を形成する天然繊維としては、竹繊維、ジュート繊維、ケナフ繊維等が好適に使用され、その他に、亜麻、木綿、わら、サイザル等からなる天然繊維を挙げることができ、これらから選ばれた１種または２種以上を組合わせたものが使用される。使用される天然繊維としては、繊維長５１ｍｍ以下で、繊維径が０．５ｍｍ以下のものが好ましい。天然繊維の繊維長が５１ｍｍより長くなると解れにくくなり、繊維径が０．５ｍｍより太くなると、熱可塑性繊維との絡まり具合が悪くなり、基材マット１の必要部位における目付量（単位面積当たりの重量）のバラツキが発生しやすくなるので好ましくない。
尚、熱可塑性樹脂繊維および天然繊維における繊維長や繊維径は、上記説明した数値に厳密に制限されるものではなく、全体として工業化される平均としての値であることは理解されるべきである。
【００１４】
基材マット１及び付加用マット２を形成する時の熱可塑性樹脂繊維と天然繊維の混合比率としては５０：５０を基準として、より成形性を上げたい場合には熱可塑性樹脂繊維の配合割合を増やして６０：４０程度とし、樹脂成形品としての剛性をより上げたい場合には天然繊維の配合割合を増やして４０：６０程度とする。樹脂成形品の形状（成形性）と要求される強度を考慮すると、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維の混合比率は６０：４０〜４０：６０の範囲が好ましい。この時、基材マット中に、当該天然繊維入り樹脂成形品Ａのスクラップ材を加えても良い。その場合、当該スクラップ材はフレーク形状をしているためにパンチング工程までにスクラップが落ちてしまうので、その添加量は最大３０％である。更には、当該スクラップ材をマット状に再生して基材マット１及び付加用マット２として利用することも可能である。
【００１５】
また、基材マット１における混合繊維の目付量は、０．５〜２．５ｋｇ／ｍ２、より好ましくは１〜１．５ｋｇ／ｍ２の範囲が良く、かさ密度としては０．０４〜０．１ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。混合繊維の目付量および密度をこの範囲に設定することにより、基材マット１を加熱するときに熱が内部まで均一に行き渡りやすくなる。
【００１６】
而して、本樹脂成形品Ａを成形する場合には、予め熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングマシンでニードルパンチング（刺し編み）して互いの繊維を絡み合わせて所要の厚みを有するふわふわしたマット状に形成された基材マット１及び付加用マット２を予め形成しておく。所定の厚さにパンチングされた基材マット１は、必要に応じて所定の寸法に裁断されて樹脂成形品の原反として使用される。成形に際して、当該樹脂成形品Ａにおいて凸形状Ｂ，Ｃを必要とする部位ａに基材マット１と少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とが絡み合った混合繊維からなる付加用マット２を並列に置いて、コンタクトヒータで加熱する。
かくして、加熱処理された基材マット１’及び２’を成形型にセットする前に積層せしめ、加圧成形機（マッチドダイ成形機）の成形型４ａ，４ｂにセットして加圧成形する。
尚、付加用マット２の形状や目付量は、目的とする凸形状Ｂ，Ｃの形状に応じて決定される。
【００１７】
この際、溶融されたマット１，２の表面が成形型４ａ，４ｂに接触したときに急激に冷却されないようにするために、成形型４ａ，４ｂに温度調節器をセットして、成形型４ａ，４ｂの型温度を調節する。熱可塑性樹脂繊維としてポリプロピレン樹脂繊維を用いた実施例では、成形型温度を８０℃前後の温度に保った時に所望形状が得られた。成形型４ａ，４ｂの型温度は、熱可塑性樹脂繊維の溶融温度に近づけるほどより効果が上がるが、成形後の冷却に時間を取られて成形サイクルが延びてしまう。
【００１８】
基材マット１および付加用マット２を加熱する場合、成形型４ａ，４ｂ側に備えたコンタクトヒータを用いて、両マット１，２中に含まれる熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃〜７０℃高い温度で加熱して熱可塑性樹脂繊維を溶融状態とする。熱可塑性樹脂繊維を溶融状態とする場合、一般的に成形圧力が一定で樹脂温度が低いと流動長は短くなる（（株）産業調査会出版 実用プラスチック事典 Ｐ−１０７ 図７−７を参照。）ので、加熱温度が当該熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃より低いと十分なＭＩ値（溶融流動性）が得られない。しかし、７０℃より高くなると樹脂の流動性は良くなるがニードルパンチングして絡めた天然繊維が熱により炭化してしまい、成形品としての強度が低下すると共に、コゲ臭が発生するので好ましくない。具体的に、熱可塑性樹脂繊維として例えばポリプロピレン樹脂繊維を使用した場合には、その軟化温度である１６０℃よりも４０〜７０℃高い２００〜２３０℃で加熱して溶融状態とすると、ポリプロピレン自体の流動性が向上し好ましいものであった。
尚、特に天然繊維が竹繊維である場合、竹に含まれるリグニンにより繊維自身が堅く緻密であるため、熱可塑性樹脂繊維の軟化温度溶融温度より６０〜７０℃高く設定しても炭化することがなく、従って成形品の強度を損なったり、コゲ臭を発生するようなことはないが、ジュート繊維やケナフ繊維等の草の繊維を使用する場合には、加熱温度の設定を溶融温度より４０℃〜６０℃高い範囲内の温度で成形する必要がある。６０℃以上であると繊維が焼け、コゲ臭が発生し、製品の強度も低下する。
【００１９】
基材マット１および付加用マット２はコンタクトヒータで均一に加熱され且つ設定した厚みをキープできるように、概ね０．１〜０．２ＭＰａ程度の圧力で加圧する。例えば、目付量が１．２ｋｇ／ｃｍ２の場合、プレス隙間の設定は、６ｍｍで加熱時間を１２０秒程度とする。この際、プレス隙間を小さくすれば加熱時間を短縮することができるが、プレス隙間を小さくすると、加熱されたマット（基材マット１および付加用マット２）中の空気層が持っている熱容量が少なくなって、加熱されたマット全体が本来持っている熱容量がさらに少なくなり、しかも固体部分が多くなるので早く冷えてしまい、しかも加熱マット中に含まれている空気がプレス圧で外に押し出される時に空気量が少ないと溶融樹脂の流動性が悪くなる。従ってプレス隙間は、マットの厚みより１０％程度小さ目に設定するのが好ましい。
【００２０】
また、付加用マット２の加熱は熱風炉での加熱も可能である。通常熱風炉で加熱すると熱可塑性樹脂繊維が溶融して球状に変化していく際に加熱収縮し、成形前の寸法が安定しない。しかし、目付量が管理されるボス・リブ等を必要する部位に追加するマット材の加熱には問題ない。
【００２１】
然る後、基材マット１および付加用マット２中に含まれる熱可塑性樹脂繊維が溶融した状態でもって２ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なうと、凸形状Ｂ，Ｃが他の部分Ｅと同一体に形成される。この時の圧力が２ＭＰａより低いと、マットを押しつぶす厚み方向の変化に圧力がとられマット内部の空気が比較的容易に外部に放出されてしまうため、溶融樹脂を流動させる迄に至らなくなるので、十分に充実した凸形状Ｂ，Ｃが得にくくなる。天然繊維として竹繊維を使用した場合には２ＭＰａの圧力で良好な凸形状Ｂ，Ｃが形成できたが、ジュート繊維やケナフ繊維等の草の繊維を使用した場合の成形温度は竹繊維より３０℃から１０℃低いため、熱可塑性樹脂繊維の流動性が低下するので、１５ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なう必要がある。この点からも、天然繊維として竹繊維を用いることが好ましい。
【００２２】
【実施例】
次に、具体的な実施例を説明する。
＜実施例１＞
熱可塑性樹脂繊維として太さが３デニール、繊維長が５１ｍｍ、ＭＩ値が３８のポリプロピレン樹脂繊維を使用し、天然繊維として繊維長が３０ｍｍ、繊維径が０．３ｍｍ前後以上の竹繊維を用い、ニードルパンチングマシンでニードルパンチングして互いの繊維を絡み合わせて厚さ７ｍｍのマット状となし、基材マット１を形成した。
この基材マット１を２２０℃で、厚み６ｍｍに加圧しながら加熱し、混合繊維中の熱可塑性樹脂繊維を十分に軟化させた後、樹脂成形品としてボス（凸形状）Ｂを必要とするの部位ａ上に、基材マット１と同じ熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とが絡み合った混合繊維からなる縦２０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚み６ｍｍに形成された付加用マット２を積層せしめ、これらをマッチドダイ成形機の成形型４ａ，４ｂにセットして、圧力２ＭＰａで加圧成形した。
この時の付加用マット２の目付量は０．５ｋｇ／ｍ２とした。その結果、厚さ２ｍｍの天然繊維入り樹脂成形品Ａに対して、目的とした場所に高さ１０ｍｍ、外形５ｍｍのリブＢが他の部分Ｅと一体に成形された。付加用マット２を追加した部位が他の部分より密度が上がり若干の成形収縮が見られたが他に大きな変形は見られなかった。
樹脂成形品Ａのボス（凸形状）Ｂに、図１に示すごとくファスナーＦを差し込みボス（凸形状）Ｂの頭部を熱溶着して、ファスナーＦを取り付けることができた。
【００２３】
＜実施例２＞
実施例１で形成した基材マット１と同じものを用い、この基材マット１をコンタクトヒータで２２０℃に加熱すると共に、樹脂成形品としてリブ（凸形状）Ｃを必要とする基材マット１上に、基材マット１と同じ混合繊維からなる縦１００ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚みが６ｍｍに形成された付加用マット２を積層せしめ、これをマッチドダイ成形機の成形型にセットして、圧力５ＭＰａで加熱・加圧成形した。
尚、本実施例では図２に示すごとく樹脂成形品Ａ全体にわたってリブＣ，Ｃ’を形成するようにしたので、基材マット１の上に基材マット１と同じ大きさに形成された付加用マット２を積層した。
この時の付加用マット２の目付量は７００ｇ／ｍ２とした。
その結果、図２に示すごとく井桁状の厚さ４ｍｍ、高さ１０ｍｍ、総長さ２９０ｍｍのリブＣ，Ｃ’が他の部分Ｅと一体に突出形成された樹脂成形品Ａが成形された。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品は斯様に、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形する際に、凸形状を必要とする部位に、基材マットと同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなるので、凸形状を必要とする部位に同じ材料を追加するだけでボスやリブ等、これまで射出成形の独壇場であった凸形状を他の部分と同一体に成形することが可能とし、製品の軽量化およびコストの低減化、後組立の容易化を図ることが出来る。
しかも、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維のみとからなるので、リサイクル性にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂成形品に凸形状としてボスを形成した実施の一例を示す模式斜視図。
【図２】成形状態を説明する模式断面図。
【図３】同樹脂成形品に凸形状としてリブを形成した実施の一例を示す模式斜視図。
【符号の説明】
Ａ：樹脂成形品 Ｂ：凸形状（ボス）
Ｃ：凸形状（リブ） Ｅ：他の部分
１：基材マット ２：付加用マット
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる天然繊維入り樹脂成形品に関し、更に詳しくは、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングして絡み合わせマット状に形成してなる基材マットを加熱・加圧することにより成形される天然繊維入り樹脂成形品およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングして絡み合わせマット状に形成してなる基材マットを加熱・加圧することにより所定形状に成形されたシート状成形品を得る技術は、従来からいろいろな方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
一方、例えば自動車のドアパネル内装部材（図１を参照）のように、当該部材（樹脂成形品）Ａをドア本体に設けられたファスナーＦに取り付ける場合、取付け用のボスＢを必要とし、またドアパネルとしての強度を上げるためには補強用リブを必要とする。これらのボスやリブ等を必要とする場合に従来では、ボスやリブ等をインサート成形するか或いは後付け加工により取り付けていた。その為、製造時のコストが高くなると共に、インサート材として樹脂成形品とは異なる材質が混入することが多いのでリサイクル性に乏しいものであった。
【０００３】
【先行技術文献の開示】
【特許文献１】
特開平１１−１３８５１５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、加熱・加圧成形機を用いてボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に突出形成し得る方策を鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性樹脂繊維に天然繊維、取り分け竹繊維をニードルパンチングした基材マットを加熱軟化させて熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧しながら成形すると、ボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に突出形成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明の目的は、ボスやリブ等の凸形状を必要とする場合に、凸形状を必要とする部位に母材と同様な材料からなるマットを追加するだけでボスやリブ等の凸形状を他の部分と同一体に成形することを可能とし、製品の軽量化およびコストの低減化を図ることが出来ると共に、リサイクル性にも優れた天然繊維入り樹脂成形品およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の天然繊維入り樹脂成形品は、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される天然繊維入り樹脂成形品であって、凸形状を必要とする部位に、前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる事を特徴としたものである（請求項１）。
この際、前記熱可塑性樹脂繊維としては、その太さが２〜１５デニールで、ＭＩ値（溶融流動性）が２０以上であるものを使用し（請求項２）、前記天然繊維としてはその繊維長が５１ｍｍ以下で、繊維径が０．５ｍｍ以下の竹繊維またはジュートまたはケナフから選ばれた１種または２種以上を組合わせてなるものを使用（請求項３，４）することが好ましい。
また、本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてマット状となし、該基材マットを熱可塑性樹脂繊維の溶融温度に加熱してその上に当該樹脂成形品において凸形状を必要とする部位に前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これを前記基材および付加用マット中の熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃〜７０℃高い温度で加熱して溶融状態となし、当該熱可塑性樹脂繊維が溶融した状態でもって２ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なうことにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成する事を特徴としたものである（請求項５）。
この際、前記基材マット中に、当該天然繊維入り樹脂成形品のスクラップ材を加えても良いし（請求項６）、または当該天然繊維入り樹脂成形品のスクラップ材を前記基材マットとして利用するようにしても良い（請求項７）。
【０００７】
熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングして混合せしめ、マット状に形成したものを加熱溶融させた状態で加圧成形するだけで、凸形状を他の部分と同一体に突出形成し得ることは意外なことである。ボスやリブ等の凸形状を必要とする部位に基材マットと同じ混合繊維からなる付加用マットを部分的に重ね合わせて目付量を増やした状態でプレス圧力を高めることにより混合繊維の流動性が向上し、よって溶融状態の混合繊維が成形型における凸形状形成部内に容易に充満され、その結果、所望の形状をした凸形状が他の部分と同一体に形成されるものである。尚、形成しようとしている凸形状が小さい場合には、付加用マットを別個に重ね合わせずとも凸形状を他の部分と同一体に形成することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な好適実施例を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は実施例のものに限定されるものではない。
図１は樹脂成形品Ａに凸形状としてボスＢを形成した実施の一例を示し、図２は凸形状としてリブＣを形成した実施の一例を示し、全図面を通して同様の構成部材には同じ符号を付してある。
【０００９】
本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品Ａは、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせ混合して形成された基材マット１を加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される。この際、樹脂成形品Ａにおいて凸形状Ｂ，Ｃを必要とする部位ａに、上記基材マット１と少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マット２を積層せしめて加熱・加圧することにより、所望の凸形状Ｂ，Ｃが他の部分４と同一体に突出形成される。ここで、付加用マット２が基材マット１と少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなるとは、付加用マット２としては、基材マット１に使用している天然繊維とは異なる天然繊維を用いても良いが、熱可塑性樹脂繊維は同種の熱可塑性樹脂繊維を用いて混合繊維とすることを意味するものである。
【００１０】
基材マット１及び付加用マット２を形成する熱可塑性樹脂繊維としては、天然繊維を結合させるためのマトリックス材料として作用するものであれば格別制限されるものではないが、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維等の熱可塑性樹脂繊維から選ばれた１種または２種以上を混合したものが好適に用いられる。
【００１１】
また、基材マット１及び付加用マット２を形成するのに使用される熱可塑性樹脂繊維としては、繊維長が５１ｍｍ以下で、太さが２〜１５デニールの範囲、好ましくは３〜１０デニールの範囲で、且つＭＩ値（溶融流動性）は２０以上が好ましく、更には３０以上であるものを用いるのが好ましい。使用する熱可塑性樹脂繊維の繊維長が５１ｍｍより長くなると、マット製造工程の中で繊維を解す工程において繊維が解れにくくなる。太さが２デニールより細いとやはり繊維が解れにくく、特殊な装置が必要になり、１５デニールより太くなるとニードルパンチングの工程で針への抵抗が増え、針折れの原因となるので好ましくない。
【００１２】
また、使用する熱可塑性樹脂繊維のＭＩ値が２０より小さいと、一緒に使用する天然繊維にもよるが、基材マット１および付加用マット２を加熱・加圧した時にマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が不足して所望の凸形状が得にくくなる。熱可塑性樹脂繊維のＭＩ値が２０以上あれば、熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まるので溶融状態となった混合繊維が成形型における凸形状形成部３内に容易に充満され、充実した凸形状Ｂ，Ｃが確実に得られるようになる。
ここでＭＩ値（溶融流動性）とは、熱可塑性樹脂繊維が溶融したときの流動性を言い、ＪＩＳ規格のＫ７２０３に準拠して測定される値である。
【００１３】
そして、基材マット１及び付加用マット２を形成する天然繊維としては、竹繊維、ジュート繊維、ケナフ繊維等が好適に使用され、その他に、亜麻、木綿、わら、サイザル等からなる天然繊維を挙げることができ、これらから選ばれた１種または２種以上を組合わせたものが使用される。使用される天然繊維としては、繊維長５１ｍｍ以下で、繊維径が０．５ｍｍ以下のものが好ましい。天然繊維の繊維長が５１ｍｍより長くなると解れにくくなり、繊維径が０．５ｍｍより太くなると、熱可塑性繊維との絡まり具合が悪くなり、基材マット１の必要部位における目付量（単位面積当たりの重量）のバラツキが発生しやすくなるので好ましくない。
尚、熱可塑性樹脂繊維および天然繊維における繊維長や繊維径は、上記説明した数値に厳密に制限されるものではなく、全体として工業化される平均としての値であることは理解されるべきである。
【００１４】
基材マット１及び付加用マット２を形成する時の熱可塑性樹脂繊維と天然繊維の混合比率としては５０：５０を基準として、より成形性を上げたい場合には熱可塑性樹脂繊維の配合割合を増やして６０：４０程度とし、樹脂成形品としての剛性をより上げたい場合には天然繊維の配合割合を増やして４０：６０程度とする。樹脂成形品の形状（成形性）と要求される強度を考慮すると、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維の混合比率は６０：４０〜４０：６０の範囲が好ましい。この時、基材マット中に、当該天然繊維入り樹脂成形品Ａのスクラップ材を加えても良い。その場合、当該スクラップ材はフレーク形状をしているためにパンチング工程までにスクラップが落ちてしまうので、その添加量は最大３０％である。更には、当該スクラップ材をマット状に再生して基材マット１及び付加用マット２として利用することも可能である。
【００１５】
また、基材マット１における混合繊維の目付量は、０．５〜２．５ｋｇ／ｍ２、より好ましくは１〜１．５ｋｇ／ｍ２の範囲が良く、かさ密度としては０．０４〜０．１ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。混合繊維の目付量および密度をこの範囲に設定することにより、基材マット１を加熱するときに熱が内部まで均一に行き渡りやすくなる。
【００１６】
而して、本樹脂成形品Ａを成形する場合には、予め熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングマシンでニードルパンチング（刺し編み）して互いの繊維を絡み合わせて所要の厚みを有するふわふわしたマット状に形成された基材マット１及び付加用マット２を予め形成しておく。所定の厚さにパンチングされた基材マット１は、必要に応じて所定の寸法に裁断されて樹脂成形品の原反として使用される。成形に際して、当該樹脂成形品Ａにおいて凸形状Ｂ，Ｃを必要とする部位ａに基材マット１と少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とが絡み合った混合繊維からなる付加用マット２を並列に置いて、コンタクトヒータで加熱する。
かくして、加熱処理された基材マット１’及び２’を成形型にセットする前に積層せしめ、加圧成形機（マッチドダイ成形機）の成形型４ａ，４ｂにセットして加圧成形する。
尚、付加用マット２の形状や目付量は、目的とする凸形状Ｂ，Ｃの形状に応じて決定される。
【００１７】
この際、溶融されたマット１，２の表面が成形型４ａ，４ｂに接触したときに急激に冷却されないようにするために、成形型４ａ，４ｂに温度調節器をセットして、成形型４ａ，４ｂの型温度を調節する。熱可塑性樹脂繊維としてポリプロピレン樹脂繊維を用いた実施例では、成形型温度を８０℃前後の温度に保った時に所望形状が得られた。成形型４ａ，４ｂの型温度は、熱可塑性樹脂繊維の溶融温度に近づけるほどより効果が上がるが、成形後の冷却に時間を取られて成形サイクルが延びてしまう。
【００１８】
基材マット１および付加用マット２を加熱する場合、成形型４ａ，４ｂ側に備えたコンタクトヒータを用いて、両マット１，２中に含まれる熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃〜７０℃高い温度で加熱して熱可塑性樹脂繊維を溶融状態とする。熱可塑性樹脂繊維を溶融状態とする場合、一般的に成形圧力が一定で樹脂温度が低いと流動長は短くなる（（株）産業調査会出版 実用プラスチック事典 Ｐ−１０７ 図７−７を参照。）ので、加熱温度が当該熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃より低いと十分なＭＩ値（溶融流動性）が得られない。しかし、７０℃より高くなると樹脂の流動性は良くなるがニードルパンチングして絡めた天然繊維が熱により炭化してしまい、成形品としての強度が低下すると共に、コゲ臭が発生するので好ましくない。具体的に、熱可塑性樹脂繊維として例えばポリプロピレン樹脂繊維を使用した場合には、その軟化温度である１６０℃よりも４０〜７０℃高い２００〜２３０℃で加熱して溶融状態とすると、ポリプロピレン自体の流動性が向上し好ましいものであった。
尚、特に天然繊維が竹繊維である場合、竹に含まれるリグニンにより繊維自身が堅く緻密であるため、熱可塑性樹脂繊維の軟化温度溶融温度より６０〜７０℃高く設定しても炭化することがなく、従って成形品の強度を損なったり、コゲ臭を発生するようなことはないが、ジュート繊維やケナフ繊維等の草の繊維を使用する場合には、加熱温度の設定を溶融温度より４０℃〜６０℃高い範囲内の温度で成形する必要がある。６０℃以上であると繊維が焼け、コゲ臭が発生し、製品の強度も低下する。
【００１９】
基材マット１および付加用マット２はコンタクトヒータで均一に加熱され且つ設定した厚みをキープできるように、概ね０．１〜０．２ＭＰａ程度の圧力で加圧する。例えば、目付量が１．２ｋｇ／ｃｍ２の場合、プレス隙間の設定は、６ｍｍで加熱時間を１２０秒程度とする。この際、プレス隙間を小さくすれば加熱時間を短縮することができるが、プレス隙間を小さくすると、加熱されたマット（基材マット１および付加用マット２）中の空気層が持っている熱容量が少なくなって、加熱されたマット全体が本来持っている熱容量がさらに少なくなり、しかも固体部分が多くなるので早く冷えてしまい、しかも加熱マット中に含まれている空気がプレス圧で外に押し出される時に空気量が少ないと溶融樹脂の流動性が悪くなる。従ってプレス隙間は、マットの厚みより１０％程度小さ目に設定するのが好ましい。
【００２０】
また、付加用マット２の加熱は熱風炉での加熱も可能である。通常熱風炉で加熱すると熱可塑性樹脂繊維が溶融して球状に変化していく際に加熱収縮し、成形前の寸法が安定しない。しかし、目付量が管理されるボス・リブ等を必要する部位に追加するマット材の加熱には問題ない。
【００２１】
然る後、基材マット１および付加用マット２中に含まれる熱可塑性樹脂繊維が溶融した状態でもって２ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なうと、凸形状Ｂ，Ｃが他の部分Ｅと同一体に形成される。この時の圧力が２ＭＰａより低いと、マットを押しつぶす厚み方向の変化に圧力がとられマット内部の空気が比較的容易に外部に放出されてしまうため、溶融樹脂を流動させる迄に至らなくなるので、十分に充実した凸形状Ｂ，Ｃが得にくくなる。天然繊維として竹繊維を使用した場合には２ＭＰａの圧力で良好な凸形状Ｂ，Ｃが形成できたが、ジュート繊維やケナフ繊維等の草の繊維を使用した場合の成形温度は竹繊維より３０℃から１０℃低いため、熱可塑性樹脂繊維の流動性が低下するので、１５ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なう必要がある。この点からも、天然繊維として竹繊維を用いることが好ましい。
【００２２】
【実施例】
次に、具体的な実施例を説明する。
＜実施例１＞
熱可塑性樹脂繊維として太さが３デニール、繊維長が５１ｍｍ、ＭＩ値が３８のポリプロピレン樹脂繊維を使用し、天然繊維として繊維長が３０ｍｍ、繊維径が０．３ｍｍ前後以上の竹繊維を用い、ニードルパンチングマシンでニードルパンチングして互いの繊維を絡み合わせて厚さ７ｍｍのマット状となし、基材マット１を形成した。
この基材マット１を２２０℃で、厚み６ｍｍに加圧しながら加熱し、混合繊維中の熱可塑性樹脂繊維を十分に軟化させた後、樹脂成形品としてボス（凸形状）Ｂを必要とするの部位ａ上に、基材マット１と同じ熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とが絡み合った混合繊維からなる縦２０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚み６ｍｍに形成された付加用マット２を積層せしめ、これらをマッチドダイ成形機の成形型４ａ，４ｂにセットして、圧力２ＭＰａで加圧成形した。
この時の付加用マット２の目付量は０．５ｋｇ／ｍ２とした。その結果、厚さ２ｍｍの天然繊維入り樹脂成形品Ａに対して、目的とした場所に高さ１０ｍｍ、外形５ｍｍのリブＢが他の部分Ｅと一体に成形された。付加用マット２を追加した部位が他の部分より密度が上がり若干の成形収縮が見られたが他に大きな変形は見られなかった。
樹脂成形品Ａのボス（凸形状）Ｂに、図１に示すごとくファスナーＦを差し込みボス（凸形状）Ｂの頭部を熱溶着して、ファスナーＦを取り付けることができた。
【００２３】
＜実施例２＞
実施例１で形成した基材マット１と同じものを用い、この基材マット１をコンタクトヒータで２２０℃に加熱すると共に、樹脂成形品としてリブ（凸形状）Ｃを必要とする基材マット１上に、基材マット１と同じ混合繊維からなる縦１００ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚みが６ｍｍに形成された付加用マット２を積層せしめ、これをマッチドダイ成形機の成形型にセットして、圧力５ＭＰａで加熱・加圧成形した。
尚、本実施例では図２に示すごとく樹脂成形品Ａ全体にわたってリブＣ，Ｃ’を形成するようにしたので、基材マット１の上に基材マット１と同じ大きさに形成された付加用マット２を積層した。
この時の付加用マット２の目付量は７００ｇ／ｍ２とした。
その結果、図２に示すごとく井桁状の厚さ４ｍｍ、高さ１０ｍｍ、総長さ２９０ｍｍのリブＣ，Ｃ’が他の部分Ｅと一体に突出形成された樹脂成形品Ａが成形された。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品は斯様に、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形する際に、凸形状を必要とする部位に、基材マットと同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなるので、凸形状を必要とする部位に同じ材料を追加するだけでボスやリブ等、これまで射出成形の独壇場であった凸形状を他の部分と同一体に成形することが可能とし、製品の軽量化およびコストの低減化、後組立の容易化を図ることが出来る。
しかも、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維のみとからなるので、リサイクル性にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂成形品に凸形状としてボスを形成した実施の一例を示す模式斜視図。
【図２】成形状態を説明する模式断面図。
【図３】同樹脂成形品に凸形状としてリブを形成した実施の一例を示す模式斜視図。
【符号の説明】
Ａ：樹脂成形品 Ｂ：凸形状（ボス）
Ｃ：凸形状（リブ） Ｅ：他の部分
１：基材マット ２：付加用マット
Claims (7)
- 熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてなる基材マットを加熱軟化させて上記熱可塑性樹脂繊維を溶融状態としたものを冷間プレス加工することにより所望の形状に成形される天然繊維入り樹脂成形品であって、凸形状を必要とする部位に、前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これらマット中の熱可塑性樹脂繊維の流動性が高まる圧力まで加圧することにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成してなる事を特徴とする天然繊維入り樹脂成形品。
- 前記熱可塑性樹脂繊維は、その太さが２〜１５デニールで、ＭＩ値が２０以上である請求項１に記載の天然繊維入り樹脂成形品。
- 前記天然繊維が、竹繊維またはジュートまたはケナフから選ばれた１種または２種以上を組合わせてなるものである請求項１に記載の天然繊維入り樹脂成形品。
- 前記天然繊維は、その繊維長が５１ｍｍ以下で、繊維径が０．５ｍｍ以下である請求項１または３に記載の天然繊維入り樹脂成形品。
- 熱可塑性樹脂繊維と天然繊維とをニードルパンチングにより互いの繊維を絡み合わせてマット状となし、該基材マットを熱可塑性樹脂繊維の溶融温度に加熱してその上に当該樹脂成形品において凸形状を必要とする部位に前記基材マットと少なくとも熱可塑性樹脂繊維が同じ混合繊維からなる付加用マットを積層せしめ、これを前記基材および付加用マット中の熱可塑性樹脂繊維の軟化温度より４０℃〜７０℃高い温度に加熱して溶融状態となし、当該熱可塑性樹脂繊維が溶融した状態でもって２ＭＰａ以上の圧力で冷間プレス加工を行なうことにより凸形状を他の部分と同一体に突出形成する事を特徴とする天然繊維入り樹脂成形品の製造方法。
- 前記基材マット中に、当該天然繊維入り樹脂成形品のスクラップ材を加えてなる請求項５に記載の天然繊維入り樹脂成形品の製造方法。
- 当該天然繊維入り樹脂成形品のスクラップ材を前記基材マットとして利用する請求項５に記載の天然繊維入り樹脂成形品の製造方法。
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