JP2005131807A - 複層樹脂繊維ボード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】従来技術と同等の湿冷熱変化に対する強さを有しながら、マット状態での搬送性の高い複層樹脂繊維ボードを提供する。
【構成】本発明は、熱硬化性樹脂をスプレー塗布したスライス片で中間層１Ｂを構成し、熱可塑性樹脂繊維と天然繊維の混綿マットで、前記中間層１Ｂを挟むように表面層１Ａを構成した積層マット１を用いて、予備成形工程で表面層１Ａを軟化させつつ積層マット１全体をプレスしてプレボード２を成形し、本成形工程で表面層２Ａを再度軟化させるとともに、中間層２Ｂを硬化させつつプレボード２全体をプレスすることにより、複層樹脂繊維ボードを作成する。

【選択図】 図１

Description

本発明は、再溶融可能であるという熱可塑性樹脂の利点と湿冷熱変化に強いという熱硬化性樹脂の利点を併せ持つ複層樹脂繊維ボードに関する技術である。

例えば、以下の特許文献１に示すような、複層樹脂繊維ボードが公知となっている。この技術は、三層構造を有するもので、各層は木質チップもしくは木質繊維に熱硬化性樹脂を混入させ、加熱によって硬化させることによって、木質チップもしくは木質繊維を相互に接着させるものである。
特公平３−３１５６６号公報

前記従来技術では、結果的に熱硬化性樹脂を用いて、木質チップもしくは木質繊維間を接着させることとなっているが、熱硬化性樹脂は、再加熱しても軟化することはない為、一度で最終成形まで行う必要がある。その為、例えば、木質繊維に熱硬化性樹脂を添加したものを、相互に絡ませてマット状に成形し、最終成形工程まで搬送する手段が考えられる。しかし、搬送の為にマット全体の容積を小さくすべくプレス圧縮しても、その弾力性によって元の形状に復元する為、搬送時の嵩張りが大きいという問題があった。

そこで、熱可塑性樹脂と天然繊維をあらかじめ混在させてマット化させた状態で、熱可塑性樹脂を加熱溶融させてプレス成形した後に冷却することにより、木質繊維を圧縮固定した状態で、最終成形場所に搬送し、再加熱して製品成形する方法が考えられる。この方法によれば、マット搬送時に嵩張ることはなく、マット成型場所と最終成形場所が離れていても不具合がない。しかし、熱可塑性樹脂の性質より、湿冷熱変化に弱いなどの問題点が発生する。

そこで、本発明は、前記従来技術と同等の湿冷熱変化に対する強さを有しながら、マット状態での搬送性の高い複層樹脂繊維ボードを提供することを課題とするものである。

前記目的を達成すべく請求項１に記載した本発明は、少なくとも三つの層を有する複層樹脂繊維ボードにおいて、植物繊維及び熱可塑性樹脂を含む二つの表面層と、前記各表面層の間に形成されるとともに細片状植物体及び前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上の硬化温度を有する熱硬化性樹脂を含む中間層を有することを特徴とする複層樹脂繊維ボードである。

なお、本発明における「植物繊維」とは、植物体の一部を構成する繊維状物質をいう。また、本発明における「細片状植物体」とは、植物をチップ化したものや薄片状にしたもの、さらに前記の植物繊維も含むものである。

また、前記目的を達成すべく請求項２に記載した本発明は、請求項１における複層樹脂繊維ボードにおいて、複層樹脂繊維ボードは、中間層と中間層両面を覆う表面層の３層からなることを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した本発明は、少なくとも前記各表面層が前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上になり、前記中間層の少なくとも厚さ方向中心部が、前記熱硬化性樹脂の硬化温度にならないように加熱成形する予備成形工程と、前記中間層が前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上になり、前記各表面層の熱可塑性樹脂の軟化温度以上になるように加熱して成形を行う本成形工程を有することを特徴とするものである。

また、請求項４に記載した本発明は、前記予備成形工程又は前記本成形工程では、プレス表面から成形体に伝熱するヒーターを備えるプレス装置を用いて、前記ヒーターによって前記複層樹脂繊維ボードを加熱することを特徴とするものである。

＜請求項１の発明＞
請求項１に記載の複層樹脂繊維ボードによれば、熱硬化性樹脂の有する利点を備える複層樹脂繊維ボードでありながら、二度の成形を可能とする。従って、例えば予備成形を行って、全体の容積を小さくした状態で搬送をすれば、製品が嵩張る恐れを軽減することができる。さらに、予備成型時において、表面層が圧縮された状態で硬化する為、予備成型工程から本成形工程への搬送の際に、内部の樹脂等が表面から剥がれて散乱する恐れを低減することができる。

＜請求項２の発明＞
請求項２に記載の複層樹脂繊維ボードによれば、成形体を簡易な構成とすることができるとともに、成型時の温度条件の設定が容易となる。

＜請求項３の発明＞
請求項３に記載の複層樹脂繊維ボードの製造方法によれば、熱硬化性樹脂の有する利点を有する成形体でありながら、二度の成形を可能とする。従って、例えば予備成形をして全体の容積を小さくした状態で搬送をすれば、製品が嵩張る恐れを軽減することができる。さらに、予備成型時において、表面層が圧縮された状態で硬化する為、予備成型工程から本成形工程への搬送の際に、内部の樹脂等が表面から剥がれて散乱する恐れを低減することができる。

＜請求項４の発明＞
請求項４に記載の複層樹脂繊維ボードの製造方法によれば、成形体は、表面層から徐々に加熱され、先に中間層の温度が表面層の温度より上がるという恐れがなく、効率的に複層樹脂繊維ボードを加熱することができる。

以下、本発明の実施の形態について、自動車用ドアトリム基材１０の成形に用いる場合を例として説明する。

本発明の複層樹脂繊維ボードは、中間層の両面に表面層が接合された、いわゆる三層サンドイッチ構造となっている。表面層は、いずれも成長が早い植物として知られるケナフの靭皮から得られる植物繊維と、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンからなる樹脂繊維とによって構成されている。また、中間層は、ケナフの芯材を繊維の配向方向にスライスしたスライス片に、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂をスプレー塗布することによって構成されている。

次に、上記構成の成形体の形成工程から、図５に示すドアトリム基材を成形するまでの工程について説明する。
なお、本実施の形態によって得られるドアトリム基材は、図１に示すフロー図に沿って成形されるものであって、以下に詳述する各層作成工程、積層工程、予備成形工程、本成形工程を順次実施することによって得られるものである。

〔各層作成工程〕
まず、ケナフの靭皮およびポリプロピレン樹脂を原料とする熱可塑性樹脂をそれぞれ解繊して、長さ約４５ｍｍで直径約０．１ｍｍのケナフ繊維と、長さ約５０ｍｍで直径約０．０３ｍｍの熱可塑性樹脂繊維を得る。そして、両繊維を重量比で５：５の割合で混綿した後、ニードルパンチングによって図２における後述する積層マット１の表面層１Ａとなる表面マットを作成する。次に、重量比でケナフ：フェノール樹脂＝９：１の割合になるよう、ケナフの芯材を繊維配向方向にスライスしたスライス片（約５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍ）に対して熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂をスプレー状に塗布する。これにより、図２における後述する積層マット１の中間層１Ｂを構成するスライス片を用意する。

〔積層工程〕
前記各層作成工程が終了すると、次に積層工程において、積層マット１を形成する。この積層工程では、各層作成工程で得られた表面マットの上に、スライス片を全体の厚さが均一になるように敷き広げ、さらにその上に表面マットを積層させることで図２に示すような積層マット１を形成することができる。なお、このときの積層マット１は、厚さ約１００ｍｍ（各表面層１Ａ約４０〜４５ｍｍ、中間層１Ｂ約１０〜２０ｍｍ）の大きさである。

〔予備成形工程〕
前記積層工程が終了すると、次に予備成形工程において、プレボード２を成形する。予備成形工程においては、図４（ａ）をもとに詳述する。

なお、図４（ａ）は、縦軸が各層内の温度、横軸が加熱時間を表したグラフであって、実線が表面層内の厚さ方向中心位置における温度、破線が中間層内の厚さ方向中心位置における温度の経時的変化を示している。

次に、この予備成形工程における図示しない予備成形型（本請求項におけるプレス装置）について詳述する。予備成形型は、固定型となる下型と、可動型となる上型を備え、各型の表面が平面状に形成されているものであって、各型の表面にヒーターを備えて成形物を表面から加熱することができるものである。

まず、予備成形型のヒーターにより型表面の温度が約２００℃になるまで加熱する。次に、前述した積層マット１を、前述した下型の表面に置き、積層マット１の厚さが約３．０ｍｍ（表面層約０．８ｍｍ、中間層約１．４ｍｍ）になる位置まで上型を下型に向けて下降させて積層マット１を成形する。この際のプレス圧は、約２．２ｋｇ／ｃｍ２である。そして、このプレスした状態でしばらく積層マット１を加熱する。この際、積層マット１は表面層１Ａから加熱され、徐々にその熱が中間層１Ｂに伝わることとなるが、各表面層１Ａが実際に１８０℃まで加熱されるのに加熱開始から６０秒かかり、その間に中間層１Ｂは１２０℃まで上昇する。

ここで、熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹脂の軟化温度は約１８０℃、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の硬化温度は約１８０℃である。従って、各表面層１Ａが１８０℃まで昇温した時点では、ポリプロピレン樹脂が軟化するが、フェノール樹脂は硬化しない。そして、各表面層１Ａが１８０℃に達したら、上型をすぐに上昇させて、積層マット１を予備成形型から取り出す。そして、別で用意した平板金属板上に積層マット１を載せ、さらに比較的軽い別の金属平板をその積層マット１の上から載せ、両金属板で積層マット１を挟むことによって、積層マット１内の熱を金属板へ逃し、積層マット１を冷却する。従って、各表面層１Ａが１８０℃に加熱された後、その熱が中間層１Ｂに達する前に積層マット１が冷却されることとなる。従って、この予備成形工程では、予備成形型のヒーターの加熱により、各表面層１Ａ内のポリプリピレン樹脂が溶融した後、冷却固化することとなる。ここで、中間層１Ｂは、表面層と接触する部分もしくは、表面層に近い位置におけるフェノール樹脂は、軟化したポリプロピレン樹脂より伝熱して硬化温度である１８０℃に達し、硬化することはある。しかし、厚さ方向中心近くに位置するフェノール樹脂は、硬化温度に達しない為、予備成形工程が終了するまで未硬化のままである。ここで、軟化した熱可塑性樹脂が冷却固化する際、および表面層１Ａ近くに存在する熱硬化性樹脂が加熱硬化する際、予備成形型のプレス圧により、積層マット１は厚さ方向に圧縮されている。従って、予備成形工程後の積層マット１は、表面層１Ａの全てのケナフ繊維と中間層１Ｂの一部のスライス片が、相互に接着固定させられていることとなる。以上により、プレボード２が出来上がる。

〔本成形工程〕
前記予備成形工程が終了すると、次に本成形工程において、ドアトリム基材１０を成形する。本成形工程においては、図４（ｂ）をもとに詳述する。
なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じく、縦軸が各層内の温度、横軸が加熱時間を表したグラフであって、実線が表面層内の厚さ方向中心位置における温度、破線が中間層内の厚さ方向中心位置における温度の経時的変化を示している。

本成形においては、図３に示す本成形型を用いて成形を行う。本成形型は、ドアトリム基材１０の形状に形成された凹部を備える固定型となる下型２１と、下型の凹部に挿入されて成形品に圧力をかける凸部を有するとともに上下に可動する上型２０から構成され、各凹部と凸部の表面には、ドアトリム基材として、意匠性を高めるべく、表面を加飾する凹凸や模様がつけられている。

本成形においては、図示しない赤外線加熱炉を用いてプレボード２を加熱する。まず、赤外線加熱炉の内部温度を２４０℃に維持した状態で、予備成形工程を行ったプレボード２をこの赤外線加熱炉内に投入する。この後、表面層２Ａは、約９０秒でポリプロピレン樹脂の軟化温度である１８０℃に達し、熱可塑性樹脂であるプロピレンが軟化し始める。そして、約１２０秒後には、ついに中間層２Ｂが熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の硬化温度である１８０℃に達する。この後、すばやく赤外線加熱炉内よりプレボード２を取り出し、前述した本成形型の下型２１にセットする。そして、すばやく上型２０を降下させてプレボード２を厚さ２．５ｍｍ（表面層約０．７ｍｍ×中間層約１．１ｍｍ）の厚さまでプレス成形するとともに、冷却する。この際の成形圧力は約１３．３ｋｇｆ／ｃｍ２である。

さらに、本成形を行った成形品の端部を別工程によりカット（トリムミング）すれば、ドアトリム基材が完成する。

＜他の実施の形態＞
なお、本発明の実施の形態においては、ドアトリム基材に用いる成形品を記載したが、本発明は、ドアトリム基材１０に限らずあらゆる製品に実施できることはいうまでもない。

また、本実施の形態においては、３層構造としたが、層の数をもっと増やしてもよい。この場合、積層マット１の段階で、熱可塑性樹脂を混在させた表面層１Ａと、熱硬化性樹脂を混在させた中間層１Ｂとの間に別の層が形成されることとなるが、例えば、表面層１Ａに用いる熱可塑性樹脂とは異なる熱可塑性樹脂をこの別の層に用いて、表面層１Ａと軟化温度を異ならせるなど、様々な方法が考えられる。

次に、本発明の実施の形態においては、中間層の充填物にケナフの芯材のスライス片を用いたが、植物繊維等その他の植物体も考えられる。この場合、中間層に存在する植物繊維が相互に絡み合うこととなる為、予備成形工程から本成形工程への搬送時に、中間層が分裂する恐れをより低減できる。

さらに、本発明の実施の形態においては、積層マット１の段階で、表面層１Ａ及び中間層１Ｂにケナフ繊維を用いたが、植物繊維であれば、ジュート、麻など様々な植物の繊維が考えられる。

加えて、本実施の形態においては、本成形工程において、赤外線加熱炉によって、プレボード２を加熱したが、本実施の形態で用いた予備成型と同じく、型表面にヒーターを設けて、プレボード２の表面層２Ａから加熱することも可能である。この場合、ヒーターからプレボードへの伝熱を効率良く行うことができる。

本発明における複層樹脂繊維ボードの一実施の形態であるドアトリム基材１０の製造手順を示すフロー図 積層マット１を表した図 本成形型を構成する下型２１及び上型２０とプレボード２とを表した図 （ａ）本発明の実施の形態における予備成形時の積層マット１の加熱時間と積層マット各層の内部温度との関係図（ｂ）本発明の実施の形態における本成形時のプレボード２の加熱時間とプレボード各層の内部温度との関係図 本発明の一実施の形態であるドアトリム基材１０の斜視図

符号の説明

１ 積層マット
２ プレボード
１０ ドアトリム基材
２０ 本成形型の上型
２１ 本成形型の下型

Claims (4)

1. 少なくとも三つの層を有する複層樹脂繊維ボードにおいて、植物繊維及び熱可塑性樹脂を含む二つの表面層と、前記各表面層の間に形成されるとともに細片状植物体及び前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上の硬化温度を有する熱硬化性樹脂を含む中間層を有することを特徴とする複層樹脂繊維ボード。
2. 請求項１において、複層樹脂繊維ボードは、中間層と中間層両面を覆う表面層の３層からなることを特徴とする複層樹脂繊維ボード。
3. 請求項１および２の複層樹脂繊維ボードの製造方法であって、少なくとも前記各表面層が前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上になり、前記中間層の少なくとも厚さ方向中心部が、前記熱硬化性樹脂の硬化温度にならないように加熱成形する予備成形工程と、前記中間層が前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上になり、前記各表面層の熱可塑性樹脂の軟化温度以上になるように加熱して成形を行う本成形工程を有することを特徴とする複層樹脂繊維ボードの製造方法。
4. 請求項３の複層樹脂繊維ボードの製造方法であって、前記予備成形工程又は前記本成形工程では、プレス表面から成形体に伝熱するヒーターを備えるプレス装置を用いて、前記ヒーターによって前記複層樹脂繊維ボードを加熱することを特徴とする複層樹脂繊維ボードの製造方法。