JP2006111993A - 繊維成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 乾燥成形時の繊維成形体の亀裂の発生を抑えることができるとともに、従来の成形方法に比べ乾燥工程の省略、効率化ができる繊維成形体の製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の繊維成形体の製造方法は、繊維材料を含む繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体１１を抄造する抄造工程と、繊維積層体１１を乾燥成形する乾燥成形工程とを具備している。繊維積層体１１を乾燥成形する前に繊維積層体１１の表面を加熱して乾燥する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、繊維成形体の製造方法に関する。

繊維成形体の製造方法として、湿式抄造法により繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体を抄造し、該繊維積層体の水分を吸引によって脱水し、脱水後の該繊維積層体を所望の温度に加熱された乾燥型内に配してプレス成形による乾燥成形を行う方法が知られている。

ところで、このような製造方法において角部を有する繊維成形体を製造する場合には、当該角部やその周辺部に集中的に亀裂が生じ易い課題があった。繊維成形体の製造方法における亀裂の発生を防止する技術として、繊維材料を含むスラリーからシート状や立体形状の繊維積層体を抄造し、それらの表面に水分を付与した後に乾燥型で乾燥成形する技術が提案されている（下記特許文献１、２参照）。しかしながら、これらの技術では、湿潤状態の抄造体を乾燥させて乾燥した抄造体にする工程、乾燥した抄造体に再び水分を付与する工程、それを再度乾燥させる工程というように、工程が多くなり、生産効率が悪いという問題がある。

特開昭５７−４７９９９号公報 特開平８−１３４００号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、乾燥成形時の繊維成形体の亀裂発生を抑えることができるとともに、従来の成形方法に比べ工程を簡略化し生産効率を向上させることができる繊維成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、繊維積層体を乾燥型で乾燥成形する前に、該繊維積層体の亀裂が生じやすい部分の表面を加熱し、その表面を乾燥することによって、乾燥成形後の亀裂の発生を抑え得ることを知見し、本発明を完成するに至った。

本発明は、繊維材料を含む繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体を抄造する抄造工程と、該繊維積層体を乾燥成形する乾燥成形工程とを具備する繊維成形体の製造方法であって、前記繊維積層体を乾燥成形する前に該繊維積層体の表面を加熱して乾燥す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。

本発明の繊維成形体の製造方法によれば、亀裂の発生を防ぐことができるとともに、乾燥効率を向上させることができるので、製品の生産性を高めることができる。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の繊維成形体の製造方法に用いられる製造装置の一実施形態を模式的に示したものである。図１において、符号１は製造装置を示している。

製造装置１は、半筒状の繊維成形体１１（図６参照）を製造するものであり、原料となる繊維スラリーを供給する原料供給手段２と、原料供給手段２から供給される繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体を抄造する抄造手段３と、抄造された繊維積層体を加熱する加熱手段４と、加熱手段４で加熱された繊維積層体を乾燥成形する乾燥成形手段５とを備えている。

原料供給手段２は、注入管２０と、この注入管２０を上下動させる上下動機構２１と、注入管２０内に繊維スラリーを供給するスラリー供給管２２とを備えている。スラリー供給管２２にはバルブ２３が配設されている。

抄造手段３は、いわゆる雄型の形態を有する抄造型３０を備えている。抄造型３０は、抄造する繊維積層体の形状に対応した抄造部３０１を有している。抄造部３０１の表面には抄造ネット３０２が配されている。抄造部３０１の内部には、気液流通路（図示せず）が設けられており、この気液流通路には吸引ポンプ３０３に通じる排出管３０４が接続されている。排出管３０４にはバルブ３０５が配設されている。

本実施形態では、加熱手段４は、抄造された繊維積層体の表面に熱風を吹き付けるドライヤー４０からなる。

乾燥成形手段５は、雌型５０及び雄型５１を備えている。雌型５０は、得られる繊維成形体１１の外形形状に対応した凹状の成形部５００を有している。雌型５０は前記成形部５００を加熱するヒーター５０１を備えている。雌型５０は上下動手段５０２によって上下動する。雄型５１は、得られる繊維成形体１１の内面形状に対応した凸状の成形部５１０を有している。雄型５１の成形部５１０には、その表面において開口する気液流通路（図示せず）が内部に設けられており、この気液流通路には吸引ポンプ５１１に通じる排出管５１２が接続されている。排出管５１２にはバルブ５１３配設されている。図には示していないが、成形部５１０の内部には、成形部５１０を加熱するヒーターが配されている。

製造装置１は、前記抄造型３０及び雄型５１をガイド６０に沿って所定位置に移動させる移動手段（図示せず）を備えている。また、製造装置１は、上記各手段と接続されてこれら各手段を後述するような手順に従って作動させるシーケンサーを備えた制御手段（図示せず）を備えている。

次に、本発明の繊維成形体の製造方法を、その好ましい実施形態として、上記製造装置１を用いた繊維成形体の製造方法に基づいて、図２〜６を参照しながら説明する。なお、これらの図中、符号１０は繊維積層体、１１は繊維成形体を示している。

本実施形態の繊維成形体の製造方法は、湿式抄造法により繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体を抄造する抄造工程と、前記繊維積層体を乾燥成形する前に加熱する予熱工程と、該繊維積層体を乾燥成形する乾燥成形工程とを具備している。

繊維積層体の抄造工程では、図２に示したように、上下動機構２１によって注入管２０が下げられて抄造型３０の抄造部３０１が注入管２０内に収容され、バルブ２３が開き、スラリー供給管２２を通じて繊維スラリーが注入管２０内に供給される。繊維スラリーの供給量が所定量に達すると、バルブ２３が閉じて繊維スラリーの供給が停止されてバルブ３０５が開き、前記気液流通路及び排出管３０４を介して吸引ポンプ３０３によって繊維スラリーの液体分が吸引されるとともに、固形分が抄造ネット３０２の表面に堆積して湿潤状態の繊維積層体１０が形成される。繊維積層体１０の液体含有量は、繊維積層体１０のハンドリング性、繊維積層体１０が雌型５０と雄型５１に挟まれてプレスされる際の繊維の流動による繊維積層体１０の変形（プレスによりある程度は変形する方がよい）を考慮すると、繊維積層体１０中の固形分１００質量部に対して、５０〜２００質量部が好ましく、７０〜１００質量部がより好ましい。該液体含有量は吸引ポンプ３０３を通じた液体成分の吸引により調整することができる。原料の繊維スラリーには、製造する繊維成形体に適合するように調製されたものが用いられる。繊維スラリーには、従来から湿式抄造法に用いられている公知の繊維スラリーを用いることができる。

繊維積層体１０の抄造が終了すると、図３に示したように、上下動機構２１によって注入管２０が引き上げられ、前記移動手段によって抄造型３０がガイド６０に沿って加熱手段４のドライヤー４０の下方に移される。そしてドライヤー４０によって亀裂の生じやすい部分、本実施形態のような断面の径大きさや部分的に形状が異なる半筒状の繊維成形体の場合は、角部１１０及びその近傍（図６参照）が加熱される。加熱した部分の表面の液体含有量は乾燥による引裂き強度上昇を考慮すると、繊維積層体中の固形分１００質量部に対して７０質量部以下、特に１０〜５０質量部とすることが好ましい。また、加熱した部分の裏面の液体含有量は、前述のプレスによる繊維積層体１０の変形を考慮すると、繊維積層体中の固形分１００質量部に対して５０〜２００質量部、特に７０〜１００質量部とすることが好ましい。なお、各液体含有量は、繊維積層体中の液体成分の減少と共にその部分の表面の色調が変化する（たとえば黒灰色から白灰色に変わる）ので、あらかじめ繊維積層体の液体含有量と色調の関係を検定しておき、熱風が当てられた部分の色調を観察することで、その部分の水分含有量をほぼ正確に求めることができる。本願発明では、繊維積層体の全表面を加熱してもよいが、前述のように、亀裂が生じやすい部分の加熱でも亀裂の発生が抑制される。また、このような部分加熱により、繊維積層体の加熱時間の短縮が図られ、加熱手段の小型化も達成できる。

次に、加熱手段４による加熱を終えた繊維積層体１０を、雄型５１に移す。そして、続いて行われる乾燥成形工程で、図４に示したように、所定温度に加熱された雌型５０が上下動機構５０２によって下げられ、所定温度に加熱された雄型５１と突き合わされてこれらの雄雌型の間で繊維積層体１０が乾燥成形される。この際、前述のように、繊維積層体の加熱により前記成形部５００の内面、つまり雌型５０の温度低下が抑制され、繊維積層体１０の乾燥効率が低下しないので、繊維積層体１０は短時間で乾燥される。雌型５０と雄型５１の温度は、製造する繊維成形体に応じて適宜設定されるが、繊維積層体１０の焦げ付き防止等を考慮すると、１００〜２５０℃が好ましく、１２０〜１８０℃がより好ましい。

乾燥成形の際は、バルブ５１３が開いており、繊維積層体１０の水分は、図示しない気液流通路及び排出管５１２を介して吸引ポンプ５１１によって吸引されて外部に排出される。その一方で、上下動機構２１によって注入管２０が下げられ、抄造型３０の抄造部３０１が再び注入管２０内に収容され、前記抄造工程と同様にして繊維積層体が新たに抄造される。

乾燥成形工程が終了すると、図５に示したように、上下動機構５０２によって雌型５０引き上げられ、雄型５１側に残った繊維成形体１１が雄型５１から取り外されて繊維成形体１１の製造が完了する。また、上下動機構２１によって注入管２０が引き上げられ、抄造工程を終えた新たな繊維積層体は、前述の部分加熱工程に移される。本実施形態の製造方法では、このような抄造、表面加熱、乾燥成形の工程が繰り返し行われる。

以上説明したように、本実施形態の繊維成形体の製造方法によれば、乾燥成形の前に、亀裂の生じやすい部分を部分的に加熱した後、乾燥成形を行うので、当該部分の表面強度が高められ、乾燥成形時に亀裂が生じるのを防ぐことができる。また、乾燥成形時の雌型５０及び雄型５１の温度低下も抑えることができるので、繊維積層体１０の乾燥効率を向上させることができ、繊維成形体（製品）の生産性を高めることができる。

本発明は、前記実施形態に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。

乾燥成形前の繊維積層体表面の加熱は、熱風を用いることが好ましいが、マイクロ波又は赤外線を用いることもできる。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
＜実施例＞
パルプ（新聞古紙）２４質量部、無機繊維（カーボン繊維）８質量部、無機粉末（黒曜石粉）４８質量部、有機バインダー（フェノール樹脂）１６質量部の割合で配合した原料を水に分散させ固形分濃度３質量％程度のスラリーを作成した。このスラリーを用いて抄造型で形状が図６と略同一の繊維積層体を抄造し（抄造体の肉厚は１ｍｍ〜３ｍｍ）、さらにフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））コートを施した乾燥雄型にこの繊維積層体を配した後、ヒートガン（最高出口温度５００℃）で主として該繊維積層体の略垂直な壁面（図６でＡで示される面）にヒートガンからの熱風を当て、熱風が当てられた部分の表面が乾燥状態（繊維積層体中の固形分１００質量部に対して水分含有量２０質量部未満）になったところでその繊維積層体に乾燥雌型を被せてプレスしたこれを更に乾燥させて繊維成型体を得た。なお、乾燥時のプレス圧力は３．８ＭＰａ、乾燥型の温度は１５０℃であった。前記水分含有量は、色調の異なる数種類の試料を１０５℃で１．５時間乾燥させ、これらの試料の乾燥前と乾燥後の質量の変化から色調と水分含有量をあらかじめ検定した。そして、繊維積層体の熱風を当てた部分の色調を観察し、前記検定結果に基づいて水分含有量を求めた。

＜比較例＞
実施例と同じ原料スラリー、抄造方法を用いて繊維積層体を製作し、該繊維積層体にヒートガンによる熱風を当てずに、それを乾燥雄型に配してすぐに乾燥雌型を被せて該繊維積層体をプレス乾燥させ繊維成型体を作成した。なお、プレス乾燥時の圧力、温度は実施例と同じであった。

＜結果＞
実施例では繊維成型体の全域で引裂け、穴あき等は確認できず良好な繊維成型体が得られた。一方、比較例では繊維成型体の特に型開き面と略垂直の壁面に数箇所、引裂け、穴あき不良が発生した。これは略垂直の壁面は型締めの際、雄型、雌型間のクリアランスが小さい上、せん断方向に力をうけるが、そのとき実施例の繊維積層体では表面が乾燥して紙繊維間の水素結合力により耐引裂け性が向上したので良品となるが、比較例の繊維積層体では表面が前記耐引裂け性を向上させる程度には乾燥していないため不良品となったと思われる。

本発明の繊維成形体の製造方法は、角部や略垂直の壁面を有する鋳型を含め、角部や略垂直の壁面を有する容器、道具、部品等の各種の繊維成形体の製造に好適である。

本発明の繊維成形体の製造方法に用いられる製造装置の一実施形態を模式的に示す部分断面図である。 本発明の繊維成形体の製造方法の一実施形態における抄造工程を模式的に示す図である。 本発明の繊維成形体の製造方法の一実施形態における乾燥成形前の繊維積層体表面の部分加熱工程を模式的に示す図である。 本発明の繊維成形体の製造方法の一実施形態における乾燥成形工程を模式的に示す図である。 本発明の繊維成形体の製造方法の一実施形態における乾燥成形工程終了後の脱型状態を模式的に示す図である。 本発明の繊維成形体の製造方法で製造される繊維成形体の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 製造装置
２ 原料供給手段
３ 抄造手段
３０ 抄造型
４ 加熱手段
４０ ドライヤー
５ 乾燥成形手段
５０ 雌型
５１ 雄型
１０ 繊維積層体
１１ 繊維成形体

Claims (4)

1. 繊維材料を含む繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体を抄造する抄造工程と、該繊維積層体を乾燥成形する乾燥成形工程とを具備する繊維成形体の製造方法であって、
   前記繊維積層体を乾燥成形する前に該繊維積層体の表面を加熱して乾燥する繊維成形体の製造方法。
2. 亀裂の生じやすい部分を加熱する請求項１記載の繊維成形体の製造方法。
3. 加熱した部分の表面の液体含有量を前記繊維積層体の固形分１００質量部に対して７０質量部以下とし、加熱した部分の裏面の液体含有量を前記繊維積層体の固形分１００質量部に対して５０〜２００質量部とする請求項１又は２記載の繊維成形体の製造方法。
4. 前記繊維積層体の表面を熱風、マイクロ波又は赤外線を用いて加熱する請求項１〜３の何れかに記載の繊維成形体の製造方法。
   
   

Images