JP2008260238A - Manufacturing method for vegetable fiber molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は植物繊維成形体の製造方法に関する。更に詳しくは、植物繊維に含まれているリグニンを用いて成形する植物繊維成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a plant fiber molded body. More specifically, the present invention relates to a method for producing a plant fiber molded body that is molded using lignin contained in plant fibers.
近年、二酸化炭素の吸収量が多い植物資源は、二酸化炭素排出量削減及び二酸化炭素の固定化等の環境的観点から注目され、特に化石燃料を用いた樹脂成形体等の代替用途で期待されている。しかし、植物体のうち主として利用されている植物繊維は、植物繊維同士の交絡のみで十分な形体維持を行うことが困難であり、また、自在な賦形を行うことも困難である。そのため、通常、植物繊維にはバインダ成分が配合されて、繊維同士の交絡状態を維持できる十分な賦形性が付与された複合材料として利用されている。
しかし、化石燃料を用いた合成樹脂バインダは上記環境的観点からは好ましくない。一方、ポリ乳酸等の生合成可能であり且つ生分解可能なバインダ成分は高価であるという問題がある。その他、植物資源から採取又は採取加工したリグニン系材料をバインダ成分として用いる技術が下記特許文献1に開示されている。
In recent years, plant resources that absorb a large amount of carbon dioxide have attracted attention from environmental viewpoints such as reduction of carbon dioxide emissions and fixation of carbon dioxide, and are expected especially for alternative uses such as resin moldings using fossil fuels. Yes. However, among plant bodies, plant fibers mainly used are difficult to maintain a sufficient shape only by entanglement between plant fibers, and it is also difficult to perform free shaping. Therefore, the binder component is normally mix | blended with the plant fiber, and it is utilized as the composite material to which sufficient shaping property which can maintain the entanglement state of fibers was provided.
However, a synthetic resin binder using fossil fuel is not preferable from the above environmental viewpoint. On the other hand, there is a problem that a binder component such as polylactic acid that can be biosynthesized and biodegradable is expensive. In addition, a technique using a lignin-based material collected or collected from plant resources as a binder component is disclosed in Patent Document 1 below.
しかし、上記特許文献1に開示された技術は、植物体に含まれているリグニンを種々の方法により抽出し、このリグニンをセルロース系材料に再度添加して成形体を得るものである。また、通常、より加工性及び取扱い性等を向上させるために、このリグニンをリグノフェノール等へ変換する加工作業を要するという煩雑さがある。
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであり、植物繊維に含まれているリグニンを用いて成形体を得ることができる植物繊維成形体の製造方法を提供することを目的とする。
However, the technique disclosed in Patent Document 1 extracts lignin contained in a plant body by various methods, and adds the lignin to the cellulosic material again to obtain a molded body. In addition, in order to improve the processability and handleability, usually, there is a complexity that a processing operation for converting this lignin into lignophenol or the like is required.
This invention is made | formed in view of the said prior art, and aims at providing the manufacturing method of the plant fiber molded object which can obtain a molded object using the lignin contained in plant fiber. .
即ち、本発明は以下に示す通りである。
(1)植物繊維を含むマットを形成するマット化工程と、
上記マットを温度150℃以上の水蒸気に曝す蒸気処理工程と、
上記蒸気処理されたマットを加圧しながら賦形して成形体を得る成形工程と、を備えることを特徴とする植物繊維成形体の製造方法。
(2)上記蒸気処理工程の蒸気圧は、1.7〜2MPaである上記(1)に記載の植物繊維成形体の製造方法。
(3)上記蒸気処理工程後であって且つ上記成形工程前に、上記マットの含水率を30%以下に低下させる水分除去工程を備える上記(1)又は(2)に記載の植物繊維成形体の製造方法。
(4)上記成形工程は、上記加圧に加えて加熱を行う工程である上記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の植物繊維成形体の製造方法。
(5)上記成形工程は、型表面に離型剤を付与した熱プレス型、又は型表面がフッ素樹脂からなる熱プレス型、を用いて行う上記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の植物繊維成形体の製造方法。
(6)上記マットを構成する繊維は、上記植物繊維のみである上記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の植物繊維成形体の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) matting step for forming a mat containing plant fibers;
A steam treatment step of exposing the mat to water vapor at a temperature of 150 ° C. or higher;
And a molding step of forming a molded body by pressurizing the steam-treated mat, and producing the plant fiber molded body.
(2) The manufacturing method of the vegetable fiber molded object as described in said (1) whose vapor pressure of the said steam treatment process is 1.7-2 Mpa.
(3) The plant fiber molded body according to (1) or (2), further including a water removal step for reducing the moisture content of the mat to 30% or less after the steam treatment step and before the molding step. Manufacturing method.
(4) The said formation process is a manufacturing method of the vegetable fiber molded object in any one of said (1) thru | or (3) which is a process of heating in addition to the said pressurization.
(5) The molding step is any one of the above (1) to (4), which is performed using a hot press die provided with a release agent on the die surface or a hot press die having a die surface made of a fluororesin. The manufacturing method of the vegetable fiber molded object of description.
(6) The manufacturing method of the vegetable fiber molded object in any one of said (1) thru | or (5) whose fiber which comprises the said mat is only the said vegetable fiber.
本発明の植物繊維成形体の製造方法によれば、植物繊維に含まれているリグニンを用いて成形体を得ることができる。特に植物繊維に含まれているリグニンを採取・分離することなく、内在されたまま利用し、植物繊維に対してバインダ成分を後添加しなくとも、植物繊維のみを用いて成形体を得ることができる。この場合には焼却による有害物質の発生がなく高い環境性能が得られる。また、バインダ成分の添加を要しないために安価に成形体を得ることができる。更に、木材を用いた場合には木材自体にしなやかさがないため、前工程で蒸気処理を行った後にフォーミング(積層)工程を要するが、本方法ではこの後工程を要しない。また、蒸気処理したマットが簡潔に得られ、その後の工程{例えば、ボード化(熱プレス成形)等}を行うための搬送時の作業効率及び作業性に優れている。更に、植物繊維は一般にバインダ成分に比べて比重が小さく、両者を均一に分散混合することが難しいが、本発明の製造方法では、バインダ成分を用いることなく成形体が得られるためこの混合の問題を生じない。 According to the method for producing a plant fiber molded body of the present invention, a molded body can be obtained using lignin contained in the plant fiber. In particular, lignin contained in plant fibers can be used without being collected and separated, and a molded product can be obtained using only plant fibers without adding a binder component to the plant fibers. it can. In this case, no harmful substances are generated by incineration and high environmental performance is obtained. Moreover, since it is not necessary to add a binder component, a molded product can be obtained at low cost. Further, when wood is used, since the wood itself is not flexible, a foaming (lamination) step is required after performing the steam treatment in the previous step, but this method does not require a subsequent step. In addition, a steam-treated mat can be obtained in a simple manner, and the work efficiency and workability at the time of transport for performing the subsequent process {for example, boarding (hot press molding) and the like} are excellent. Furthermore, plant fibers generally have a smaller specific gravity than the binder component, and it is difficult to uniformly disperse and mix them. However, in the production method of the present invention, a molded product can be obtained without using the binder component. Does not occur.
蒸気処理工程の蒸気圧が1.7〜2MPaである場合は、リグニンの滲出効果に優れ、強度及び賦形性に優れた成形体が得られる。
蒸気処理工程後であって且つ成形工程前にマットの含水率を30%以下に低下させる水分除去工程を備える場合は、成形工程における安全性が向上され、更に、より高い強度及び賦形性を備えた成形体が得られる。
成形工程が加圧に加えて加熱を行う工程である場合は、更に高い強度及び賦形性を備えた成形体が得られる。
成形工程が型表面に離型剤を付与した熱プレス型、又は型表面がフッ素樹脂からなる熱プレス型、を用いて行う場合は、植物繊維の表面にまでリグニンが滲出されていてもスムーズに脱型を行うことができ、より精密な所望する形状を得やすく、特に優れた成形性が得られる。
マットを構成する繊維が植物繊維のみである場合は、焼却による有害物質の発生がなく高い環境性能が得られる。また、利用できるリグニン量を多く確保でき、得られる成形体の強度及び賦形性に優れる。
When the vapor pressure in the vapor treatment step is 1.7 to 2 MPa, a molded article having excellent lignin exudation effect and excellent strength and formability can be obtained.
When a moisture removal step is performed after the steam treatment step and before the molding step to reduce the moisture content of the mat to 30% or less, the safety in the molding step is improved, and further higher strength and shapeability are achieved. A molded body provided is obtained.
When the molding step is a step of heating in addition to pressurization, a molded body having higher strength and formability can be obtained.
If the molding process is performed using a hot press mold with a mold release agent applied to the mold surface, or a hot press mold with a mold surface made of a fluororesin, even if lignin is exuded to the surface of the plant fiber, it is smooth. Demolding can be performed, and a more precise desired shape can be easily obtained, and particularly excellent moldability can be obtained.
When the fibers constituting the mat are only plant fibers, no harmful substances are generated by incineration and high environmental performance is obtained. In addition, a large amount of lignin that can be used can be secured, and the strength and shapeability of the resulting molded body are excellent.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の植物繊維成形体の製造方法は、植物繊維を含むマットを形成するマット化工程と、
上記マットを温度150℃以上の水蒸気に曝す蒸気処理工程と、
上記蒸気処理されたマットを加圧しながら賦形して成形体を得る成形工程と、を備えることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for producing a plant fiber molded body of the present invention comprises a matting step for forming a mat containing plant fibers,
A steam treatment step of exposing the mat to water vapor at a temperature of 150 ° C. or higher;
A molding step of shaping the steam-treated mat while pressurizing it to obtain a molded body.
上記「マット化工程」は、植物繊維を含むマットを形成する工程である。
上記「植物繊維」は、植物から得られる繊維である。植物繊維の種類は特に限定されず、例えば、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、各種針葉樹(スギ及びヒノキ等)、広葉樹及び綿花などの各種植物体から得られた植物繊維が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
The “matting step” is a step of forming a mat containing plant fibers.
The “plant fiber” is a fiber obtained from a plant. The type of plant fiber is not particularly limited. Examples thereof include plant fibers obtained from various plant bodies such as wheat, rice, bamboo, various conifers (such as cedar and cypress), broad-leaved trees, and cotton. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
また、植物体における植物繊維の採取部位は特に限定されず、木質部、非木質部、葉部、茎部及び根部等の植物体を構成するいずれの部位から採取された植物繊維を用いてもよい。更に、特定の部位から得られた植物繊維のみを用いてもよく2ヶ所以上の異なる部位から得られた植物繊維を併用してもよい。
尚、本発明におけるケナフとは、木質茎を有する早育性の一年草であり、アオイ科に分類される植物である。学名におけるhibiscus cannabinus及びhibiscus sabdariffa等が含まれ、更に、通称名における紅麻、キュウバケナフ、洋麻、タイケナフ、メスタ、ビムリ、アンバリ麻及びボンベイ麻等が含まれる。
また、本発明におけるジュートとは、ジュート麻から得られる繊維である。このジュート麻には、黄麻(コウマ、Corchorus capsularis L.)、及び、綱麻(ツナソ)、シマツナソ並びにモロヘイヤ、を含む麻及びシナノキ科の植物を含むものとする。
Moreover, the collection site | part of the plant fiber in a plant body is not specifically limited, You may use the plant fiber collected from any site | part which comprises plant bodies, such as a wood part, a non-wood part, a leaf part, a stem part, and a root part. Furthermore, only plant fibers obtained from a specific part may be used, or plant fibers obtained from two or more different parts may be used in combination.
In addition, the kenaf in this invention is an early-growing annual grass which has a wooden stem, and is a plant classified into the mallow family. Hibiscus cannabinus and hibiscus sabdariffa etc. under the scientific name are included, and further, red corn, cucumber kenaf, western hemp, taykenaf, mesta, bimli, umbari and bombay hemp, etc. under the common names are included.
The jute in the present invention is a fiber obtained from jute hemp. This jute hemp shall include hemp and linden plants including jute (Chorus corpus capsularis L.), and hemp (Tunaso), Shimatsunaso and Morohaya.
植物繊維の形状は特に限定されないが、通常、繊維長は10mm以上である。繊維長が10mm以上であれば、得られた植物繊維成形体においてより高い強度(曲げ強さ及び曲げ弾性率等、以下同様)を得やすい。この繊維長は10〜150mmが好ましく、20〜100mmがより好ましく、30〜80mmが特に好ましい。更に、通常、繊維径は1mm以下である。繊維径が1mm以下であれば得られる植物繊維成形体において特に高い強度が得られる。この繊維径は0.01〜1mmが好ましく、0.05〜0.7mmがより好ましく、0.07〜0.5mmが特に好ましい。更には1〜10dtexであることが好ましい。また、上記範囲を外れる形態の繊維は、植物繊維全体の10質量%以下に抑えることが好ましい。これにより得られる成形体の強度を高く維持できる。 Although the shape of a vegetable fiber is not specifically limited, Usually, fiber length is 10 mm or more. If the fiber length is 10 mm or more, it is easy to obtain higher strength (bending strength, bending elastic modulus, etc.) in the obtained plant fiber molded body. The fiber length is preferably 10 to 150 mm, more preferably 20 to 100 mm, and particularly preferably 30 to 80 mm. Furthermore, the fiber diameter is usually 1 mm or less. When the fiber diameter is 1 mm or less, particularly high strength is obtained in the obtained plant fiber molded body. The fiber diameter is preferably 0.01 to 1 mm, more preferably 0.05 to 0.7 mm, and particularly preferably 0.07 to 0.5 mm. Furthermore, it is preferable that it is 1-10 dtex. Moreover, it is preferable to suppress the fiber of the form which remove | deviates from the said range to 10 mass% or less of the whole plant fiber. Thereby, the strength of the molded body obtained can be maintained high.
上記「マット」は、上記植物繊維を含む繊維により形成された不織布である。このマットの密度は特に限定されないが、0.5g/cm3以下(通常0.1g/cm3以上、より好ましくは0.13〜0.2g/cm3)であることが好ましい。この範囲では、蒸気処理工程において、蒸気が構成繊維間にまで十分に作用し、より満遍なく植物繊維からリグニンを滲出させることが可能となり、得られる成形体の強度を向上させることができる。また、目付量においては、3000g/m2以下(通常1200g/m2以上)であることが好ましい。この範囲では、蒸気処理工程において、蒸気が構成繊維間にまで十分に作用し、より満遍なく植物繊維からリグニンを滲出させることが可能となり、得られる成形体の強度を向上させることができる。
更に、マットの厚さは特に限定されないが、通常、5mm以上(更には5〜70mm、特に7〜50mm、通常100mm以下)である。
尚、本発明にいう上記目付量(g/m2)は、含水率を10%にして、1m2あたりの質量を電子秤等で測定した値である。また、上記密度(g/cm3)は、上記目付量(g/m2)をg/cm3に換算し、ノギスで測定したマットの厚さ(cm)で除して算出した値である。
The “mat” is a non-woven fabric formed of fibers containing the plant fibers. The density of the mat is not particularly limited, but is preferably 0.5 g / cm 3 or less (usually 0.1 g / cm 3 or more, more preferably 0.13 to 0.2 g / cm 3 ). In this range, in the steam treatment step, the steam sufficiently acts between the constituent fibers, and it becomes possible to exude lignin from the plant fibers more evenly, and the strength of the obtained molded body can be improved. In addition, the basis weight is preferably 3000 g / m 2 or less (usually 1200 g / m 2 or more). In this range, in the steam treatment step, the steam sufficiently acts between the constituent fibers, and it becomes possible to exude lignin from the plant fibers more evenly, and the strength of the obtained molded body can be improved.
Furthermore, the thickness of the mat is not particularly limited, but is usually 5 mm or more (further 5 to 70 mm, particularly 7 to 50 mm, usually 100 mm or less).
The weight per unit area (g / m 2 ) referred to in the present invention is a value obtained by measuring the mass per 1 m 2 with an electronic scale or the like with a moisture content of 10%. The density (g / cm 3 ) is a value calculated by converting the weight per unit area (g / m 2 ) to g / cm 3 and dividing by the mat thickness (cm) measured with calipers. .
上記マット化工程におけるマット化はどのような方法で行ってもよいが、通常、乾式法又は湿式法の混綿法を用いる。このうち乾式法としては、エアーレイ法及びカード法が挙げられる。また、湿式法としては抄紙法が挙げられる。これらのうちでは乾式法を用いることが好ましい。特に前述のような好ましい範囲の長さを有する植物繊維を用いる場合には湿式法に比べて乾式法の方が生産効率が高いためである。 Matting in the matting step may be performed by any method, but usually a dry method or a wet blending method is used. Among these, examples of the dry method include an airlay method and a card method. Moreover, a papermaking method is mentioned as a wet method. Among these, it is preferable to use a dry method. This is because the dry method has higher production efficiency than the wet method, particularly when plant fibers having a length in the preferred range as described above are used.
また、マット化工程では、上記エアーレイ法及びカード法等を経て得られたマットに後加工を施すこともできる。後加工としては、例えば、マット内の植物繊維同士の交絡を強化したり、マットを複層化したり(特にカード法を用いる場合には裁断前のマットを折り重ねて複層化できる)、更に、マットの厚みをプレス等により薄くしたりすることができる。上記のうちの交絡の強化を行う工程(交絡工程)を行う方法としては、ニードルパンチ法、ステッチボンド法及びウォーターパンチ法等が挙げられる。これらのなかでは高効率であることからニードルパンチ法が好ましい。 In the matting step, the mat obtained through the airlay method, the card method, or the like can be post-processed. As post-processing, for example, the entanglement between the plant fibers in the mat is strengthened, the mat is multilayered (especially when the card method is used, the mat before cutting can be folded and multilayered), The thickness of the mat can be reduced by pressing or the like. Among the methods described above, methods for performing the step of entanglement (entanglement step) include a needle punch method, a stitch bond method, a water punch method, and the like. Of these, the needle punch method is preferred because of its high efficiency.
本発明で用いるマットは、上記植物繊維以外の他の繊維を含有してもよい。他の繊維としては、合成繊維(ポリ乳酸繊維等の生分解性ポリマー繊維、ポリオレフィン系樹脂繊維等の熱可塑性樹脂繊維など)が挙げられる。これらの他の繊維は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。これらの他の繊維を含有する場合、他の繊維の含有量は、マットの含水率を10%(平衡水分量)に維持した場合に、マット全体100質量%に対して90質量%以下(より好ましくは30〜70質量%)とすることが好ましい。
本発明で用いるマットは他の繊維を含有してもよいが、植物繊維のみからなってもよい。植物繊維にのみからなる場合には、樹脂繊維等との混繊工程を必要とせず、製造工程が簡便となり、製造効率を大幅に高めることができる。
The mat used in the present invention may contain fibers other than the plant fibers. Examples of other fibers include synthetic fibers (biodegradable polymer fibers such as polylactic acid fibers and thermoplastic resin fibers such as polyolefin resin fibers). These other fibers may use only 1 type and may use 2 or more types together. When these other fibers are contained, the content of the other fibers is 90% by mass or less (more than 100% by mass of the entire mat when the moisture content of the mat is maintained at 10% (equilibrium moisture content)). It is preferable to set it as 30-70 mass%).
The mat used in the present invention may contain other fibers, but may be composed only of plant fibers. When it consists only of plant fiber, the mixing process with a resin fiber etc. is not required, a manufacturing process becomes simple and manufacturing efficiency can be raised significantly.
更に、本発明で用いるマットには、上記繊維以外に、他の成分を含有させることができる。他の成分としては、加水分解防止剤、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。これらの他の成分が含有される場合、他の成分の含有量は、マットの含水率を10%(平衡水分量)に維持した場合に、マット全体100質量%に対して5質量%以下(より好ましくは0.1〜1質量%)とすることが好ましい。この範囲では、得られる成形体の生分解性を特に阻害し難い。 Furthermore, the mat used in the present invention can contain other components in addition to the above fibers. Examples of other components include hydrolysis inhibitors, antistatic agents, flame retardants, antibacterial agents, and coloring agents. These may use only 1 type and may use 2 or more types together. When these other components are contained, the content of the other components is 5% by mass or less based on 100% by mass of the entire mat when the moisture content of the mat is maintained at 10% (equilibrium water content). More preferably, it is preferable to set it as 0.1-1 mass%. Within this range, the biodegradability of the resulting molded article is particularly difficult to inhibit.
上記「蒸気処理工程」は、マットを温度150℃以上の水蒸気に曝す工程である。植物繊維に含まれるリグニン成分はこの蒸気処理工程を経ることで、繊維内部から繊維表面へ向かって滲出されるものと考えられる。しかし、本発明者らは、リグニン成分が滲出された植物繊維は柔軟性が低下して脆くなり、この脆化された植物繊維からマットを形成することは困難であることを知見した。この脆くなった植物繊維は、マット化を行うための機械内で詰まるなどして正常にマットを形成できなくなるからである。このため、本発明では前記マット化工程を行った後に、蒸気処理工程を行う。こうすることにより、マット化された植物繊維から滲出されたリグニンを利用してスムーズに成形を行うことができる。 The “steam treatment step” is a step of exposing the mat to water vapor having a temperature of 150 ° C. or higher. The lignin component contained in the plant fiber is considered to be leached from the inside of the fiber toward the fiber surface through this steam treatment process. However, the present inventors have found that the plant fiber exuded with the lignin component has a reduced flexibility and becomes brittle, and it is difficult to form a mat from the embrittled plant fiber. This is because the fragile plant fibers cannot be normally formed due to clogging in a machine for matting. For this reason, in this invention, after performing the said matting process, a steam processing process is performed. By carrying out like this, it can shape | mold smoothly using the lignin exuded from the matted plant fiber.
蒸気処理工程において、マットを水蒸気へ曝す際には、通常、閉鎖系で行う。従って、水蒸気への曝露は耐圧容器内で行うことが好ましい。また、蒸気処理工程における水蒸気の温度は150℃以上であればよい。この水蒸気温度を150℃以上とすることで、それ以下の温度の水蒸気を用いる場合に比べて成形体の曲げ弾性率を大幅に向上させられるからである。また、この水蒸気温度の上限は特に限定されないが、250℃以下にすることが好ましい。水蒸気温度を250℃以下に抑えることにより、成形体の強度を高く維持できるからである。 In the steam treatment process, the mat is usually exposed to water vapor in a closed system. Therefore, it is preferable to perform exposure to water vapor in a pressure vessel. Moreover, the temperature of the water vapor | steam in a steam processing process should just be 150 degreeC or more. This is because by setting the water vapor temperature to 150 ° C. or higher, the bending elastic modulus of the molded body can be greatly improved as compared with the case of using water vapor at a temperature lower than that. The upper limit of the water vapor temperature is not particularly limited, but is preferably 250 ° C. or lower. This is because the strength of the molded body can be maintained high by suppressing the water vapor temperature to 250 ° C. or lower.
この蒸気処理工程における蒸気温度は、165℃以上とすることが好ましい。165℃以上とすることで、それ以下の温度の水蒸気を用いる場合に比べて成形体の曲げ強さを大幅に向上させられるからである。更に、この水蒸気温度は220℃以下とすることが好ましい。これにより曲げ強さ及び曲げ弾性率の両方の特性をバランスよく高く維持することができる。また、この水蒸気温度は、170〜205℃がより好ましく、170〜195℃が更に好ましく、170〜190℃が特に好ましい。この範囲ではとりわけ高い曲げ強さ及び曲げ弾性率を両立して得ることができるからである。 The steam temperature in this steam treatment step is preferably 165 ° C. or higher. This is because by setting the temperature to 165 ° C. or higher, the bending strength of the molded body can be greatly improved as compared with the case of using steam at a temperature lower than that. Furthermore, the water vapor temperature is preferably set to 220 ° C. or lower. Thereby, the characteristics of both the bending strength and the bending elastic modulus can be maintained high with a good balance. Moreover, as for this water vapor temperature, 170-205 degreeC is more preferable, 170-195 degreeC is still more preferable, 170-190 degreeC is especially preferable. This is because, in this range, particularly high bending strength and bending elastic modulus can be obtained at the same time.
また、蒸気処理工程における蒸気圧は特に限定されず、上記蒸気温度とすることができればよいが、例えば、1.5〜2.5MPaにすることが好ましく、1.7〜2.0MPaにすることがより好ましい。この範囲では、蒸気処理されるマットへの負担が少なく、また、リグニンの滲出効果も高く維持できる。
更に、蒸気処理時間(上記温度範囲の蒸気に曝す時間)は、特に限定されないが、通常5分以上である。5分以上を行うことで蒸気処理を行う効果をより得やすく、特に7分以上行うことがより好ましい。また、この蒸気処理時間はどれだけ施してもよいが、生産効率の観点から60分以下とすることが好ましく、更には、35分以下とすることがより好ましい。
In addition, the vapor pressure in the steam treatment step is not particularly limited as long as it can be the above-described steam temperature. For example, it is preferably 1.5 to 2.5 MPa, and 1.7 to 2.0 MPa. Is more preferable. In this range, the burden on the mat to be steamed is small and the lignin exudation effect can be maintained high.
Further, the steam treatment time (time for exposure to steam in the above temperature range) is not particularly limited, but is usually 5 minutes or more. By performing the treatment for 5 minutes or more, it is easier to obtain the effect of performing the steam treatment, and it is particularly preferable to carry out the treatment for 7 minutes or more. Further, this steam treatment time may be applied as much as possible, but is preferably 60 minutes or less from the viewpoint of production efficiency, and more preferably 35 minutes or less.
また、この蒸気処理工程を行った後には、蒸気処理を施したマットの含水率を低下させる水分除去工程を備えることができる。
上記「水分除去工程」を備えることで、その後の成形工程において加圧を行う場合にもより安全に加圧を行うことができる。この水分除去工程において除去する水分量は特に限定されないが、マットの含水率を30%以下にまで低下させるものであることが好ましい。この含水率を30%以下にすることで、成形工程をより安全に行うことができることに加えて、得られる成形体の強度をより高く維持できる。更に、より正確な成形を行うことができる。この工程においては、マットの含水率は、通常、10〜30%にできればよく、10%以下にまで低下させてもよいが、通常、その必要はない。
Moreover, after performing this steam treatment process, the moisture removal process which reduces the moisture content of the mat which performed the steam treatment can be provided.
By providing the “moisture removal step”, pressurization can be performed more safely even when pressurization is performed in the subsequent molding step. The amount of water to be removed in this water removal step is not particularly limited, but it is preferable to reduce the moisture content of the mat to 30% or less. By making this moisture content 30% or less, in addition to being able to perform a shaping | molding process more safely, the intensity | strength of the obtained molded object can be maintained higher. Furthermore, more accurate molding can be performed. In this step, the moisture content of the mat is usually required to be 10 to 30%, and may be lowered to 10% or less, but it is not usually necessary.
上記「成形工程」は、蒸気処理されたマットを加圧しながら賦形して成形体を得る工程である。この工程を備えることで、蒸気処理工程において植物繊維内から滲出されたリグニンを利用して植物繊維同士を強固に接合した状態で維持でき賦形することができる。
この成形工程における加圧圧力は特に限定されないが、1〜10MPaとすることが好ましく、1〜5MPaとすることがより好ましい。
The “molding step” is a step of obtaining a molded body by shaping a steam-treated mat while applying pressure. By providing this step, the plant fibers can be maintained and shaped in a strongly bonded state using the lignin leached from the plant fibers in the steam treatment step.
Although the pressurization pressure in this shaping | molding process is not specifically limited, It is preferable to set it as 1-10 Mpa, and it is more preferable to set it as 1-5 Mpa.
また、この成形工程では、成形工程前に行う他の工程による余熱が残存されている場合等には加熱を行わなくとも成形を行うことが可能であるが、加熱を行うことが好ましい。この加熱は加圧と同時に施してもよく、加圧よりも先に予め施してもよいが、同時に施す(即ち、熱プレスを行う)ことが製造効率の観点からより好ましい。 Further, in this molding step, it is possible to perform the molding without heating if there is residual heat remaining from other steps performed before the molding step, but it is preferable to perform the heating. This heating may be performed simultaneously with the pressurization, or may be performed in advance prior to the pressurization, but it is more preferable from the viewpoint of production efficiency to perform the heating at the same time (that is, performing hot pressing).
この成形工程における加熱温度は特に限定されないが、成形を行うこととなるマット内の温度が180℃以上となるものであることが好ましい。リグニンは熱硬化性の特性を有しているために、180℃以上とすることで植物繊維同士をより確実に結合でき、また、この結合力を維持しやすいものと考えられる。この加熱温度は195〜255℃であることが好ましく、200〜250℃であることがより好ましい。この範囲では、より高い成形性が得られ、また、成形体においてより高い強度を得ることができる。この加熱を行う場合には加圧を行う効果をより確実に得るために30秒以上の加圧を行うことが好ましく、1〜5分間加圧を行うことがより好ましい。 The heating temperature in this molding step is not particularly limited, but it is preferable that the temperature in the mat to be molded is 180 ° C. or higher. Since lignin has thermosetting properties, it can be considered that plant fibers can be more reliably bonded to each other by setting the temperature to 180 ° C. or more, and this bonding force can be easily maintained. The heating temperature is preferably 195 to 255 ° C, and more preferably 200 to 250 ° C. In this range, higher moldability can be obtained, and higher strength can be obtained in the molded body. When performing this heating, in order to obtain the effect of pressurization more reliably, pressurization for 30 seconds or more is preferable, and pressurization is more preferably performed for 1 to 5 minutes.
また、成形工程においては、どのような金型を用いてもよいが、好ましくは型表面に離型剤が付与された熱プレス型、又は型表面がフッ素樹脂からなる熱プレス型、を用いることが好ましい。これにより所望の形状をより得やすい。即ち、植物繊維から滲出されたリグニンが型表面に付着されて成形体の脱型が阻害されることなく、スムーズに脱型を行うことができる。これにより、より精密な所望する形状を得やすく、特に優れた成形性が得られる。 In the molding step, any mold may be used, but preferably a hot press mold in which a mold release agent is applied to the mold surface or a hot press mold in which the mold surface is made of a fluororesin is used. Is preferred. This makes it easier to obtain a desired shape. That is, the lignin exuded from the plant fiber adheres to the mold surface, and the mold can be smoothly demolded without hindering the mold demolding. Thereby, it is easy to obtain a more precise desired shape, and particularly excellent moldability is obtained.
[2]植物繊維成形体
本発明の製造方法により得られる植物繊維成形体の形状、大きさ及び厚さ等は特に限定されない。また、その用途も特に限定されない。この植物繊維成形体としては、例えば、自動車、鉄道車両、船舶及び飛行機等の内装材、外装材及び構造材等が挙げられる。このうち自動車用品としては、自動車内装材、自動車用インストルメントパネル、自動車用外装材等が挙げられる。具体的には、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、自動車ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、自動車ダッシュボード、各種インストルメントパネル、デッキトリム、バンパー、スポイラー及びカウリング等が挙げられる。更に、例えば、建築物及び家具等の内装材、外装材及び構造材が挙げられる。即ち、ドア表装材、ドア構造材、各種家具(机、椅子、棚、箪笥など)の表装材、構造材等が挙げられる。その他、包装体、収容体(トレイ等)、保護用部材及びパーティション部材等が挙げられる。
[2] Plant fiber molded body The shape, size, thickness and the like of the plant fiber molded body obtained by the production method of the present invention are not particularly limited. Further, its use is not particularly limited. Examples of the plant fiber molded body include interior materials, exterior materials, and structural materials such as automobiles, railway vehicles, ships, and airplanes. Among these, examples of the automobile article include an automobile interior material, an automotive instrument panel, and an automotive exterior material. Specifically, door base material, package tray, pillar garnish, switch base, quarter panel, armrest core material, automobile door trim, seat structure material, console box, automobile dashboard, various instrument panels, deck trim, bumper, Examples include spoilers and cowlings. Furthermore, for example, interior materials such as buildings and furniture, exterior materials, and structural materials may be mentioned. That is, a door cover material, a door structure material, a cover material of various furniture (desk, chair, shelf, bag, etc.), a structural material, etc. are mentioned. In addition, a package, a container (such as a tray), a protective member, a partition member, and the like can be given.
以下、実施例及び図1〜2を用いて本発明を具体的に説明する。
[1]植物繊維成形体の製造
実施例1
約65mmにカットしたジュート(植物繊維)を植物繊維供給部(図1の11)からカード機(図1の12)に供給して、植物繊維のみからなる積層物を得た。更に、この積層物をニードルパンチ(図1の13)を用いてパンチングして植物繊維同士の3次元の絡み強度を付与した後、裁断機(図1の14)によって所定の大きさにカットしてマット(図1の20)を得た(マット化工程)。得られたマットは厚さ10〜15mm、密度0.13〜0.2g/cm3、目付量2kg/m2であった。
得られたマット(図2の20)を耐圧釜(図2の16)に搬入し、ボイラー(図2の15)から蒸気温度200℃の蒸気を送り込み、耐圧釜内の蒸気圧を2MPaに維持しつつ10分間、マットを水蒸気に曝した(蒸気処理工程)。
次いで、耐圧釜内への蒸気送り込みを停止し、耐圧釜内をバキューム装置(図示省略)を用いて真空引きし、マットの水分率を10%まで低下させた(水分除去工程)。
その後、耐圧釜から蒸気処理加工及び水分除去加工を施したマットを取り出し、型表面がフッ素樹脂加工{テフロン(登録商標)加工}された金型(図2の171)を有する熱プレス機(図2の17)にセットし、厚さ2.3mmのスペーサと共に230℃に加熱した上記金型間に挟み、圧力1.18MPa(12kgf/cm2)で3分間熱プレスを施した(成形工程)。その後、金型から脱型して植物繊維のみからなる植物繊維成形体(図2の21)を得た。得られた植物繊維成形体は、厚さ2.3mm、密度0.8g/cm3であった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and FIGS.
[1] Production Example 1 of Plant Fiber Molded Body
The jute (plant fiber) cut to about 65 mm was supplied from the plant fiber supply unit (11 in FIG. 1) to the card machine (12 in FIG. 1) to obtain a laminate composed only of plant fibers. Further, this laminate is punched using a needle punch (13 in FIG. 1) to give three-dimensional entanglement strength between plant fibers, and then cut into a predetermined size by a cutting machine (14 in FIG. 1). Thus, a mat (20 in FIG. 1) was obtained (mat forming step). The obtained mat had a thickness of 10 to 15 mm, a density of 0.13 to 0.2 g / cm 3 , and a basis weight of 2 kg / m 2 .
The resulting mat (20 in FIG. 2) is carried into a pressure vessel (16 in FIG. 2), steam with a steam temperature of 200 ° C. is sent from the boiler (15 in FIG. 2), and the vapor pressure in the pressure vessel is maintained at 2 MPa. However, the mat was exposed to water vapor for 10 minutes (steam treatment step).
Next, the supply of steam into the pressure vessel was stopped, and the inside of the pressure vessel was evacuated using a vacuum device (not shown) to reduce the moisture content of the mat to 10% (moisture removal step).
Thereafter, a mat subjected to steam treatment and moisture removal processing is taken out from the pressure vessel, and a heat press machine having a mold (171 in FIG. 2) whose surface is processed with fluororesin (Teflon (registered trademark)) (FIG. 2). 2) and sandwiched between the above molds heated to 230 ° C. together with a spacer having a thickness of 2.3 mm, and subjected to hot pressing at a pressure of 1.18 MPa (12 kgf / cm 2 ) for 3 minutes (molding step) . Then, it removed from the metal mold | die and obtained the plant fiber molded object (21 of FIG. 2) which consists only of plant fiber. The obtained plant fiber molded body had a thickness of 2.3 mm and a density of 0.8 g / cm 3 .
実施例2
蒸気処理工程における処理条件を、蒸気温度180℃とした以外は、実施例1と同様にして、植物繊維のみからなる植物繊維成形体(厚さ2.3mm、密度0.8g/cm3の板状成形物)を得た。
Example 2
Except for the treatment conditions in the steam treatment step being a steam temperature of 180 ° C., a plant fiber molded body (thickness 2.3 mm, density 0.8 g / cm 3 plate made only of plant fibers) is the same as in Example 1. A shaped molding) was obtained.
実施例3
蒸気処理工程における処理条件を、蒸気温度180℃且つ処理時間30分とした以外は、実施例1と同様にして、植物繊維のみからなる植物繊維成形体(厚さ2.3mm、密度0.8g/cm3の板状成形物)を得た。
Example 3
Except for the treatment conditions in the steam treatment step being a steam temperature of 180 ° C. and a treatment time of 30 minutes, a plant fiber molded body consisting of only plant fibers (thickness 2.3 mm, density 0.8 g) as in Example 1. / Cm 3 plate-like molded product).
実施例4
蒸気処理工程における処理条件を、蒸気温度160℃且つ処理時間30分とした以外は、実施例1と同様にして、植物繊維のみからなる植物繊維成形体(厚さ2.3mm、密度0.8g/cm3の板状成形物)を得た。
Example 4
Except for the treatment conditions in the steam treatment step being a steam temperature of 160 ° C. and a treatment time of 30 minutes, a plant fiber molded body consisting of only plant fibers (thickness 2.3 mm, density 0.8 g) as in Example 1. / Cm 3 plate-like molded product).
比較例1
マット化工程を行った後に、蒸気処理工程及び水分除去工程を行わず、成形工程を行って、植物繊維のみからなる植物繊維成形体(厚さ2.3mm、密度0.8g/cm3の板状成形物)を得た。マット化工程及び成形工程における各種条件は実施例1と同じである。
Comparative Example 1
After performing the matting process, the steam treatment process and the water removal process are not performed, and the molding process is performed to produce a plant fiber molded body made of only plant fibers (thickness 2.3 mm, density 0.8 g / cm 3 plate) A shaped molding) was obtained. Various conditions in the matting process and the molding process are the same as in Example 1.
[2]植物繊維成形体の評価
(1)湿老化前の特性評価
実施例1〜4及び比較例1で得られた植物繊維成形体の各々について、曲げ強さ及び曲げ弾性率を測定した。この測定に際しては、密度0.8g/cm3且つ含水率約10%の状態における厚さ2.3mm、幅50mm、長さ150mmの長方形の各植物繊維成形体からなる板状の試験片を用いた。そして、各試験片を支点間距離(L)100mmとした2つの支点(曲率半径3.2mm)で支持しつつ、支点間中心に配置した作用点(曲率半径3.2mm)から速度50mm/分にて荷重の負荷を行い、各試験片の破断直前の最大荷重(P)を測定した。得られた最大荷重(P)及び下記式(1)を用いて各試験片の曲げ強さを算出した(JIS K7171に準拠)。更に、この結果を用いてJIS K7171に従って曲げ弾性率(MPa)を算出した。この結果を表1に示す。
曲げ強さ(MPa)=3PL/2Wt2 ・・・(1)
但し、式(1)内のPは最大荷重、Lは支点間距離、Wは試験片の幅、tは試験片の厚みを表す。
[2] Evaluation of plant fiber molded body (1) Characteristic evaluation before wet aging For each of the plant fiber molded bodies obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the bending strength and the flexural modulus were measured. In this measurement, a plate-shaped test piece made of each plant fiber shaped body having a thickness of 2.3 mm, a width of 50 mm, and a length of 150 mm in a density of 0.8 g / cm 3 and a water content of about 10% is used. It was. Each test piece is supported at two fulcrums (curvature radius 3.2 mm) with a fulcrum distance (L) of 100 mm, and a speed of 50 mm / min from an action point (curvature radius 3.2 mm) arranged at the center between the fulcrums. The maximum load (P) immediately before the fracture of each test piece was measured. The bending strength of each specimen was calculated using the obtained maximum load (P) and the following formula (1) (based on JIS K7171). Further, using this result, the flexural modulus (MPa) was calculated according to JIS K7171. The results are shown in Table 1.
Bending strength (MPa) = 3PL / 2Wt 2 (1)
However, P in Formula (1) is the maximum load, L is the distance between fulcrums, W is the width of the test piece, and t is the thickness of the test piece.
(2)湿老化及び湿老化後の特性評価
実施例1〜4及び比較例1の各試験片を、温度50℃且つ湿度95%RHの環境下に400時間置いたのち取り出し、常温常湿下(23℃、65%RH)に1日放置して含水率が約10%になった各試験片の曲げ強さ及び曲げ弾性率を、上記[2](1)の湿老化前の測定と同様にして測定し、その結果を表1に併記した。
(2) Characteristic evaluation after wet aging and wet aging Each test piece of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was taken out after placing in an environment of temperature 50 ° C. and humidity 95% RH for 400 hours, and at room temperature and normal humidity The bending strength and bending elastic modulus of each test piece, which was allowed to stand at (23 ° C., 65% RH) for 1 day and the water content became about 10%, were measured before wet aging in the above [2] (1). The measurement was performed in the same manner, and the results are shown in Table 1.
(3)実施例の効果
上記表1の結果から、160℃の水蒸気に30分間曝す蒸気処理を行った実施例4の成形体の湿老化前後の曲げ強さは、水蒸気処理を施していない比較例1の成形体と大きな差はないが、曲げ弾性率は比較例1の湿老化前の曲げ弾性率に対して実施例4は2.2倍と大幅な増加が認められる。これは蒸気処理を行ったことにより植物繊維からリグニンが滲出され、このリグニンの作用により高い弾性率が得られているものと考えられる。
(3) Effects of Examples From the results in Table 1 above, the bending strength before and after wet aging of the molded body of Example 4 subjected to the steam treatment exposed to steam at 160 ° C. for 30 minutes is a comparison in which the steam treatment is not performed. Although there is no significant difference from the molded body of Example 1, the flexural modulus is found to be a significant increase of 2.2 times in Example 4 with respect to the flexural modulus of Comparative Example 1 before wet aging. This is considered to be because lignin exudes from the plant fiber by steam treatment, and a high elastic modulus is obtained by the action of this lignin.
また、180℃の水蒸気に30分間曝す蒸気処理を行った実施例3の成形体は、比較例1に対して湿老化前の曲げ強さが2.7倍、湿老化後においては3.6倍と、大幅な向上が認められる。更に、曲げ弾性率においても湿老化前が2.7倍、湿老化後においては4.5倍と、更に大きな向上が認められる。また、この実施例3では、実施例4に比べても湿老化前後における曲げ強さ及び湿老化後の曲げ弾性率のいずれにおいても優れている。 In addition, the molded body of Example 3 subjected to the steam treatment by being exposed to water vapor at 180 ° C. for 30 minutes has a bending strength of 2.7 times that of Comparative Example 1 before wet aging and 3.6 after wet aging. Doubled, a significant improvement is observed. Further, the bending elastic modulus is 2.7 times before moisture aging and 4.5 times after moisture aging, and a further significant improvement is recognized. Moreover, in this Example 3, both the bending strength before and after wet aging and the bending elastic modulus after wet aging are excellent as compared with Example 4.
更に、180℃の水蒸気に10分間曝す蒸気処理を行った実施例2の成形体は優れた強度を有しているが、実施例4に比べると湿老化後の両特性の低下が大きい。このことから、湿老耐久性を向上させる目的において同じ水蒸気温度においてもより長く処理を行うことが効果的であることが分かる。
また、200℃の水蒸気に10分間曝す蒸気処理を行った実施例1の成形体は優れた強度を有しているが、実施例2及び実施例3に比べると湿老化前の強度特性が小さいものの、湿老化前後での変化は実施例中で最も小さく抑えられている。このことから、湿老化特性を向上させる目的においては水蒸気処理におけるより高い水蒸気温度が効果的であることが分かる。
Furthermore, although the molded article of Example 2 subjected to the steam treatment by being exposed to water vapor at 180 ° C. for 10 minutes has excellent strength, compared with Example 4, both of the characteristics are deteriorated after aging. From this, it can be seen that it is effective to perform the treatment for a longer time even at the same water vapor temperature in order to improve the durability of moisture.
Further, the molded body of Example 1 subjected to the steam treatment exposed to water vapor at 200 ° C. for 10 minutes has excellent strength, but the strength characteristics before wet aging are small as compared with Examples 2 and 3. However, the change before and after wet aging is minimized in the examples. This shows that a higher water vapor temperature in the water vapor treatment is effective for the purpose of improving the moisture aging characteristics.
本発明の植物繊維成形体の製造方法は、自動車関連分野及び建築関連分野などにおいて広く利用される。特に自動車、鉄道車両、船舶及び飛行機等の内装材、外装材及び構造材等に好適であり、なかでも自動車用品としては、自動車内装材、自動車用インストルメントパネル、自動車用外装材等に好適である。具体的には、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、自動車ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、自動車ダッシュボード、各種インストルメントパネル、デッキトリム、バンパー、スポイラー及びカウリング等が挙げられる。更に、例えば、建築物及び家具等の内装材、外装材及び構造材にも好適である。具体的には、ドア表装材、ドア構造材、各種家具(机、椅子、棚、箪笥など)の表装材、構造材等が挙げられる。その他、包装体、収容体(トレイ等)、保護用部材及びパーティション部材等としても好適である。 The method for producing a plant fiber molded body of the present invention is widely used in the fields related to automobiles and fields related to architecture. It is particularly suitable for interior materials, exterior materials, and structural materials for automobiles, railway vehicles, ships, airplanes, etc., and among them, it is suitable for automobile interior materials, automotive instrument panels, automotive exterior materials, etc. is there. Specifically, door base material, package tray, pillar garnish, switch base, quarter panel, armrest core material, automobile door trim, seat structure material, console box, automobile dashboard, various instrument panels, deck trim, bumper, Examples include spoilers and cowlings. Furthermore, it is also suitable for interior materials, exterior materials and structural materials such as buildings and furniture. Specifically, door cover materials, door structure materials, cover materials for various furniture (desks, chairs, shelves, bags, etc.), structural materials, and the like can be given. In addition, it is also suitable as a package, a container (such as a tray), a protective member, and a partition member.
11;植物繊維供給部(ホッパ)、12;カード機、13;ニードルパンチ、14;裁断機、15;ボイラー、16;耐圧釜、17;成形機、171;金型、20;マット、21;植物繊維成形体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11; Plant fiber supply part (hopper), 12; Card machine, 13; Needle punch, 14: Cutting machine, 15; Boiler, 16; Pressure pot, 17; Molding machine, 171; Plant fiber molded body.
Claims (6)
上記マットを温度150℃以上の水蒸気に曝す蒸気処理工程と、
上記蒸気処理されたマットを加圧しながら賦形して成形体を得る成形工程と、を備えることを特徴とする植物繊維成形体の製造方法。 Matting step for forming a mat containing plant fibers;
A steam treatment step of exposing the mat to water vapor at a temperature of 150 ° C. or higher;
And a molding step of forming a molded body by pressurizing the steam-treated mat, and producing the plant fiber molded body.
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