JP2004338226A

JP2004338226A - 繊維強化樹脂破砕物の成型方法

Info

Publication number: JP2004338226A
Application number: JP2003137559A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Saito; 康宏斉藤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】繊維含有樹脂の破砕物を素材としてリサイクル利用し、充分な強度、剛性を有し、残留歪みが少なく、かつ厚さの大きい成形品を得ることができる、繊維含有樹脂破砕物の成型方法を提供する。
【解決手段】繊維含有樹脂の破砕物表面にポリオール水溶液を付着させ、付着後又は付着と同時に、更にその上にイソシアネートを付着させ、破砕物の繊維方向を略長さ方向に揃えて配向し、これを積層して加熱又は加圧して成形品とする。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細長い形状の繊維強化樹脂破砕物を素材とした、リサイクルされた再生成形体の成型方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの強化繊維と、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂とを複合した、繊維強化樹脂類は、一般的に、強化繊維を多量に含むため、廃材となった繊維強化樹脂をそのまま廃棄することが困難であった。このため、ガラス繊維などの含有量の低減やリサイクル方法の開発が検討されている。
【０００３】
繊維強化樹脂の一例としては、例えば、「熱硬化性樹脂発泡体からなる芯材と、この芯材の少なくとも一面側と反対面側とに一体的に積層された表面材とを具備し、上記表面材は熱硬化性樹脂発泡体を表面材の長手方向に沿う長繊維によって強化した繊維強化樹脂からなることを特徴とする複合材料」が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
文献１においては、その実施形態の一例として、廃棄する合成木材製構造体の破砕物を芯材の充填材として使用すれば、廃棄困難な合成木材のリサイクルを行うことも可能であるとされている。
【０００５】
また、繊維強化樹脂の破砕物を成形して再生成型物を得る方法として、「ポリエステル樹脂を硝子繊維で補強してなる硝子繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の廃棄物を不定形の粒子に破砕し、この粒子に珪砂を加え、更にポリエステル樹脂及び、これに硬化剤を添加したものを撹拌混和し、これを所望形状の成形型に振動を与えつつ充填し成型せしめることを特徴とする可塑物の製造法」が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２の方法では、ＦＲＰの破砕粒子と珪砂とを、結合剤として、ポリエステル樹脂及びこれに硬化剤を添加したもので結合して再生成形体を得るので、耐圧性、耐衝撃性、耐薬品性には優れるものの、曲げ強度が十分ではない再生成形体となる可能性があり、かつ、大型の再生成形品を得る場合には、その中心部近傍ではポリエステル樹脂の硬化反応熱が蓄積し、成形体内部に残留歪みが残ってしまう可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３８７９７号公報
【特許文献２】特開昭５１−１１５５７０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
繊維強化樹脂の破砕物をそのまま利用して再生成形体としても、破砕前の繊維強化樹脂が有していた強度や剛性を発現させることができない。これは、繊維強化樹脂の樹脂相が破砕時に粉末状に粉砕されて樹脂粉末が多量に生成され、これらの樹脂粉末は骨材として寄与せず、再生成形体の強度、剛性の向上が図られないためである。
【０００９】
特に、繊維強化硬質合成樹脂発泡体で得られた構造体を破砕すると樹脂相が発泡体であるために一層粉末化され易く、この結果、再生成形体の強度、剛性が著しく低下する要因となっていた。また、樹脂粉末を除去した破砕物のみを再利用する場合であっても、元の構造体のように長繊維を一方向に引き揃えて配向された成形材ほどの強度、剛性を確保することができなかった。このため、このような繊維強化硬質合成樹脂発泡体、例えば合成木材等の廃材を再利用して充分な強度、剛性を有する新たな再生成形体、例えば合成木材や合成枕木を製造することができず、改善が望まれていた。
【００１０】
しかしながら、上記従来の方法によって合成枕木や構造用合成木材等のような厚さの大きな再生成形体を得ようとすると、厚さが厚い部分では、加熱プレス時の熱板からの熱が深部まで伝達される速度が遅く、厚い部分の硬化が遅れて強度不足や強度むらができたり、得られる再生成形体に残留歪みが残ってしまう恐れがあるという問題点がある。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑みてなされたので、繊維強化樹脂の破砕物を素材としてリサイクル利用し、充分な強度、剛性を有し、残留歪みが少なく、かつ厚さの大きい成形品を得ることができる、繊維強化樹脂破砕物の成型方法を提供する目的でなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１記載の繊維強化樹脂破砕物の成型方法（発明１）は、繊維強化樹脂の破砕物表面にポリオール水溶液を付着させ、付着後又は付着と同時に、更にその上にイソシアネートを付着させ、破砕物の繊維方向を略長さ方向に揃えて配向し、これを積層して加熱又は加圧して成形品とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明（発明２）は、繊維強化樹脂に含有される繊維がガラス繊維であり、樹脂がポリウレタンであることを特徴とする発明１の繊維強化樹脂破砕物の成型方法である。
【００１４】
請求項３記載の発明（発明３）は、樹脂がポリウレタン発泡体であることを特徴とする発明１又は２の繊維強化樹脂破砕物の成形方法である。
【００１５】
本発明において適用が可能な繊維強化樹脂としては、一般的なＦＲＰ（ファイバーレインフォースドプラスチックス）であれば良く、例えば一例として、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの強化繊維と、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂とを複合した繊維強化樹脂類が挙げられる。
【００１６】
このような繊維強化樹脂を破砕すると、繊維の周りに樹脂材が固着した細長いチップ状の破砕片や、樹脂だけが粉末状に破砕された破砕物が生じる。本発明では、これらの破砕物のうち、粉末状に破砕された樹脂の破砕物（粉砕物）は用いずに、繊維を含んだ細長いチップ状の破砕片のみを選択的に再利用して新たな再生成形体を得るものである。そして、破砕片に結合剤を混和し、結合剤を混和された破砕片の長手方向を同一方向に引き揃えて配向すると共に、再生成形体の長手方向が破砕片の配向方向となるようにして成形する。これにより、破砕片に含まれる繊維が強化材として機能し、長手方向の曲げ剛性、曲げ強度（曲げ強さ）を向上させた再生成形体を得ることができる。
【００１７】
本発明において、繊維強化樹脂からなる成形品を破砕する装置には種々のものがある。例えば、回転刃を有するローラで成形品を破砕する一軸破砕機や、回転刃を有する平行に配された一対のローラの間に成形品を通過させることにより双方の回転刃を成形品に噛み込ませて破砕する２軸破砕機などを採用することができる。
【００１８】
また、破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別する装置としては、例えば、ウェーブローラ方式の分級機を挙げることができる。ウェーブローラ方式の分級機は、破砕物の厚さや幅を基準にして連続的に分級する装置であり、区分された破砕物から所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片を選別することができる。
【００１９】
再生成形品を得るための繊維強化樹脂破砕片は、比重が０．１〜１．２程度のものが望ましい。０．１より小さいと得られる再生成形品の強度を出すために大量の破砕片が必要であり、取り扱いが困難である。また、１．２より大きいと粉砕物を圧縮するのに大きな圧力を要するので過大な設備が必要となる。
【００２０】
選別された破砕片の表面には、結合剤を付着させる。本発明においては、結合剤としてイソシアネートが適用されるが、一般的には、結合剤は特に限定されない。即ち、再生成形品が得られた後で雰囲気湿度、温度等によって得られた再生成形品が変形しないものが望ましく、例えば熱硬化性樹脂等からなる接着剤が選ばれればよい。例えば一例として、イソシアネート、ウレタン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂類が挙げられる。また、再生成形品の用途が限定されている場合には、その状況に応じてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂等の熱可塑性樹脂類が用いられる場合もある。
【００２１】
イソシアネートとしては、一分子中にイソシアネート基の数が複数個ある化合物であれば特に限定されず、例えば一例として、精製又は未精製のＭＤＩ（メチレンジフェニルジイソシアネート）、ＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）等が挙げられる。
【００２２】
更に、本発明においては、破砕片表面にイソシアネートを付着させる前にポリオール水溶液を付着させる。水はイソシアネートを硬化させるのに必要な物質である。水とポリオールとを併用することにより、イソシアネートと水又はポリオールの水酸基とが反応して、イソシアネートが硬化する温度を低くすることができる。
【００２３】
肉厚の大きな成形体を加熱圧縮する場合、肉厚の大きな箇所は、熱盤からの熱量の伝達時間が他の薄い部分に比べて遅くなるため温度の上昇が遅くなり、硬化に必要な温度に到達しにくくなる。その結果肉厚の大きな箇所は硬化し難くなるので、成形品を得る迄の成形時間が大きくなってしまう。イソシアネートの反応温度を下げることで、肉厚の大きな成形品を製造する際、肉厚が大きい箇所も充分に硬化し、成形時間を短縮することが可能となるのである。
【００２４】
また、ポリオールは、一般的に粘度が高いものが多いため、破砕物の表面に均一に付着させることが困難であるが、水溶液にして粘度を低下させることで、粘度を下げ、少量で均一な付着画可能となるので、材料効率も高くなる。
【００２５】
イソシアネートと水との混合割合は、イソシアネート１００重量部に対し、水７重量部〜２００重量部とされる。７重量部より少ないとイソシアネートの反応に必要な水が不足し、２００重量部より多くなると水の気化熱で熱が奪われて温度上昇し難くなる。
【００２６】
イソシアネートとポリオールとの混合比率は、イソシアネート中のＮＣＯ基の数１００に対し、ポリオール由来のＯＨ基の数が５〜４０とされる。５より少ないと反応温度を下げる効果が小さくなり、４０より多くなるとウレタン反応が常温で進行して結合剤を塗布した破砕片の可使時間（ポットライフ）が短くなって作業性が悪くなる。
【００２７】
イソシアネートの破砕片への混合割合は、破砕片１００重量部に対し３重量部〜３０重量部が望ましい。３重量部より小であれば接着力が弱くなり得られる再生成形品の物性が低下する。３０重量部より大であれば、圧密した際に多くのイソシアネートが滲み出して成形金型に付着し、離型が困難になるばかりで不経済である。
【００２８】
選別された破砕片に結合剤を付着させるには、結合剤が液状である場合には、例えば、コンベア上やドラムブレンダー内などに投入した破砕片に、結合剤が液状である場合には噴霧して、又は結合剤が粉〜粒子状である場合には散布して、破砕片の表面に結合剤を均一に付着させる方法を採ることができる。
【００２９】
また、選別され、結合剤を混和された破砕片は、含有している繊維方向を略長さ方向に引き揃えて配向される。配向させるには、種々の方法を採ることができる。例えば、破砕片を成形金型やコンベア上に落下させる際に、所定の幅および長さを有する櫛状のスリットを通して配向させる方法や、ランダムに配向した破砕片の集合体をディスク状のスリットを通すことで配向させる方法などを採ることができる。また、木質系成形材の製造に用いられるディスクオリエンターなどを用いることも可能である。則ち、破砕片を落下させる際にディスクオリエンターによって成形ライン方向に破砕片の長手方向を引き揃えて配向させることができる。
【００３０】
破砕片中に含有される繊維の方向は、破砕片の長さ方向に対してほぼ一致している。従って、略長さ方向に引き揃えた状態とは、破砕片の長さ方向が、得られる再生成形品の長さ方向を基準線として、２０°以内にある粉砕品の数が全体の７０重量％以上ある状態をいう。
【００３１】
結合剤を混和し配向された破砕片は、プレス金型内で配向が乱されないように積層される。その後、上下のプレス盤で圧縮し、積層された破砕片を圧密していく。加熱前の圧縮された積層品の比重は、０．７〜１．５が望ましい。０．７より小さいと得られる再生成形品の物性が低くなり、１．５より大きいと圧密するための圧力が大きくなって過大な設備が必要となる。
【００３２】
プレス成形は、一般的なプレス成型法に従って、圧密された積層物を加熱し結合剤を硬化させ、硬化後再生成形品を得る。
【００３３】
加熱方法には、プレス板を加熱することによって再生成形体を加熱する方法や、スチームや電磁波を用いて再生成形体の内部を直接加熱する方法があり、内部を直接加熱する後者の方法によれば成形時間が短縮され作業効率が向上する。
【００３４】
（作用）
発明１では、繊維強化樹脂の破砕物表面にポリオール水溶液を付着させ、付着後又は付着と同時に、更にその上にイソシアネートを付着させているので、低い温度でも硬化する。従って、肉厚が大きくて伝熱され難い箇所があっても、その箇所も充分に硬化でき、得られる再生成形品中の強度むらが少なく、残留歪みの少ないものが得られるのである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は結合剤を付着した破砕片を得る工程の一例を示す説明図、図２は図１の破砕片をプレスして再生成形品を得る工程の一例の説明図である。なお、本例では、繊維強化樹脂は発泡ウレタン樹脂をガラス長繊維で強化した合成木材の廃棄物を参考として取り上げる。
【００３６】
まず、合成木材の廃棄物を長さ１００ｍｍに切断し、これを２軸破砕機（図示せず）を用いて破砕し、破砕片Ｐ１を得る。
【００３７】
続いて、図１に示されるように、破砕片Ｐ１をウェーブローラ方式の分級機１で選別し、所定範囲の厚さ、幅および長さを有する細長いチップ状の破砕片Ｐ２を得る。得られた破砕片Ｐ２をドラムブレンダー２で、破砕物Ｐ２表面にポリオール水溶液３１を均一に付着させる。ポリオール水溶液３１を付着後又は付着と同時に、更にその上にイソシアネート３２を付着させ、結合剤３が混和された破砕片Ｐ３とする。
【００３８】
これを、図２に示されるように、プレス機加圧盤４内に積層し、破砕片Ｐ３を配向させる。配向させる方法は特に限定されないが、例えば一例として、剛直な材料、例えば鉄、ステンレススチール等の金属類や繊維強化樹脂類等からなる櫛５等を、積層された破砕片Ｐ３に突き刺し、一方向に櫛５を移動して、その方向に破砕片Ｐ３を略配向させる方法等が挙げられる。一度の櫛移動で配向されなければ複数回移動を繰り返し、破砕物Ｐ３の繊維方向を略長さ方向に揃えて配向する。
【００３９】
破砕物Ｐ３が、略配向されたら上加圧盤４１と下加圧盤４２とで所定の比重になるまで積層された破砕片Ｐ３を圧縮し、その後結合剤３に応じて、硬化に適した温度に加熱し、所定時間硬化した後冷却し、再生成形材Ｐを取り出す。
【００４０】
【発明の効果】
以上の通りであるから、本発明は、繊維強化樹脂の破砕物を素材としてリサイクル利用し、充分な強度、剛性を有し、残留歪みが少なく、かつ厚さの大きい成形品を得ることができる、繊維強化樹脂破砕物の成型方法となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】結合剤を付着した破砕片を得る工程の一例を示す説明図である。
【図２】図１の破砕片をプレスして再生成形品を得る工程の一例の説明図である。
【符号の説明】
１分級機
２ドラムブレンダー
３結合剤
３１ポリオール水溶液
３２イソシアネート
４１上加圧盤
４２下加圧盤
５櫛
Ｐ再生成形品
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３破砕片

Claims

繊維強化樹脂の破砕物表面にポリオール水溶液を付着させ、付着後又は付着と同時に、更にその上にイソシアネートを付着させ、破砕物の繊維方向を略長さ方向に揃えて配向し、これを積層して加熱又は加圧して成形品とすることを特徴とする繊維強化樹脂破砕物の成型方法。
繊維強化樹脂に含有される繊維がガラス繊維であり、樹脂がポリウレタンであることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂破砕物の成型方法。
ポリウレタンが発泡体であることを特徴とする請求項１又は２記載の繊維強化樹脂破砕物の成形方法。