JP3650956B2 - 繊維屑を用いた積層板及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、融点の異なる２種類の繊維屑、特に漁網繊維屑から作成した編み布、特に畝編み（ＲＩＢ）布の積層物を該積層物間に機械的接着を形成して作成した内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板に関する。
【０００２】
【従来技術】
合繊織物工場で大量に発生するひも状の繊維屑を利用して、単一素材の繊維屑集合体の表面近傍のみを遠赤外線加熱方法で溶融させた後、圧縮固化させて表面層がプラスチック板、コア層が空気を含んだ繊維層からなる強度と断熱性に優れたサンドイッチ積層板及びその成形方法を提案している（「Material Science Research、Vol.4No.2(1988)124-129」参照。）。
【０００３】
近年、容器包装リサイクル法の本格施行から、産業廃棄物、一般廃棄物、家電製品（２００１年には家電リサイクル法が施行される。）などからのプラスチック製品のリサイクルが本格的に実施に移されている。
理想とするところは、完全なリサイクルであるが、廃製品の性状、形態の違いにより種々のリサイクル、例えばマテリアル、ケミカル、サーマルリサイクルなどが考えられ、多くの研究がされている。しかしながらまだ一部の比較的異物の混入の少ない形態で回収されるプラスチックにリサイクル、特にケミカルリサイクルが実用化されているにすぎない。
ところで、サイクルには、完全なリサイクル経路の一つとして再資源化の段階、すなわちリユース（再使用）を組み合わせることが考えられる。これによって、リサイクルにおけるエネルギーの投入量の効率化が可能となる。
繊維製品も多量に社会に供給されているプラスチック製品の一つであり、その廃物は、比較的異物の混入の少ない形態で入手可能なものであり、かつ、リユース（再使用）の可能性が考えられるものである。
また、繊維製品は、繊維の形態、その糸（撚り糸またはフィラメント等）の形態、あるいは布帛組織の形態が、その用途などとも関連して様々である。
従って、元の繊維製品の糸または、布帛組織などの形態を変化させれば、元の繊維製品とは異なった繊維製品として再利用が考えられる。
本発明者らは、前記文献に記載したように、繊維屑を積層板として利用することを考え、種々の検討を加えてきたが、均一の特性、安定した強度を持った積層板としては未だ十分とはいえなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、繊維製品の廃棄物、換言すれば繊維屑、特にひも状、テープ状、漁網などからの繊維屑を、均一の特性を持ち、安定した改善された曲げ強度などを持ち、かつ内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板として再利用する技術を提供することである。
前記課題を解決すべく、繊維屑をいかに繊維積層板中に均一に存在させるか、また、均一に存在させた繊維板の強度の均一性（異方性がなく、形態安定性が良い）、及び断熱性、クッション性から、いかに多量の空気を入れても改善された強度が得られるかを検討する中で、繊維屑から編み布、特に畝編み（ＲＩＢ）組織の布帛としてを作成して、それを積層板を形成する基本材料（積層板素材）とすることによって前記課題が解決できるとの知見を得た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、融点の異なる２種類の繊維屑から編み布を作成し、それらを、低融点の繊維屑の編み布間に高融点の繊維屑の編み布を介在させて積層し、該積層物を低融点の繊維屑のみ溶融させ溶融物の一部を高融点繊維間に含浸させた後固化させ該積層物間に機械的接着を形成して得らた内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板であり、好ましくは、高融点の繊維屑の編み布を複数層用いる場合、高融点の繊維屑の編み布間に低融点の繊維屑の編み布を介在させて積層することを特徴とする前記繊維積層板であり、より好ましくは、積層物の表面層を低融点の繊維屑の編み布で構成したことを特徴とする前記繊維積層板であり、更に好ましくは、高融点の編み布を作成する繊維屑がポリエステルからなる漁網繊維屑であり、および低融点の編み布を作成する繊維屑がポリエチレンからなるの漁網繊維屑であることを特徴とする前記繊維積層板である。
また、本発明は、融点の異なる２種類の漁網繊維屑から編み布を作成し、それらを、低融点の漁網繊維屑の編み布間に高融点の漁網繊維屑の編み布を介在させて積層し、該積層物を雄金型及び雌金型間に挿入し圧縮、これを遠赤外加熱装置を備えた加熱炉を持つ成形機で加熱して該積層物の低融点の漁網繊維屑のみ溶融させ、溶融物の一部が高融点繊維間に含浸させた後、冷却し該積層物間に機械的接着を形成して内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板を製造する方法である。
本発明者は、繊維積層板を製造するにあたり、融点の異なる２種類の繊維屑から編み布、特にＲＩＢ編みの布帛を作成し、これらを雄金型及び雌金型間に挿入し圧縮、加熱成形する際、積層物間に機械的接着を形成し得るように積層物を組み合わせることによって、前記課題を解決したものである。
【０００６】
【本発明の実施の態様】
本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
ここでは、合成繊維漁網からの繊維屑を用いた例を挙げて説明するが、繊維屑はこのようなものに限定されないことは当然である。
換言すれば、加熱成形時に溶融し、高融点編み布間に含浸され、積層物間に機械的接着を形成させる低融点の編み布の素材には合成繊維、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を使用する必要がある。
しかしながら、高融点編み布を構成する繊維素材には合成繊維（ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン（Ｎｙ）繊維等）に替えて、天然繊維、例えば綿、麻、絹等、レーヨン等の再生繊維等、またはこれらの組み合わせを用いることができる。ポリプロピレンが低融点及び高融点材料の両方に挙げられているが、融点の高低は相対的であり、本発明の積層板の製法が適用できる融点差があればよい。
図１は、廃漁網から得られる漁網屑であり、漁網屑は細い繊維を束ねたひも状繊維屑でポリエステルおよびポリエチレン漁網屑（これは黒色に染色されている。図面上は判定しにくいが形態はポリエステルと類似である。）の直径、単位長さ当たりの質量および融点はそれぞれおよそ、３ｍｍ、３．９５ｇ／ｍ、２５７℃および１ｍｍ、０．７６ｇ／ｍ、１３７℃である。それぞれの細い繊維は撚り糸、モノフィラメントなどとして入手される。
図２は、前記連続状の漁網屑を用いて作成した編み布である。編み方には種々の方法があり、編み方と漁網屑の太さによって編み布一枚の密度、厚さが決まり、また、最終積層板における各低融点繊維屑の編み布から得られる一層の密度及び厚み、及び低融点繊維屑の溶融物が含浸された高融点繊維屑の編み布から得られる一層の密度及び厚みは、それぞれの層を形成するのに使用する編み布の枚数及び／または編み布の組織（ＲＩＢ編み布か、または平編みか）によって決まる。すなわち各層の厚さは、使用する編み布の枚数及び／または編み布の組織によって調節できる。複数の編み布を用いる場合には、異なる繊維屑素材から得られる編み布を組み合わせて使用することもできる。
ここでは、成形品厚み、使用繊維屑量を考慮して非溶融の心材に用いるポリエステル漁網屑にはＲＩＢ編みを、また表面溶融層に用いるポリエチレン漁網屑にはＲＩＢ編みと平編みの２通りで作成した。
作成した編み布のサイズはそれぞれポリエステルＲＩＢ編みの場合、２００×４０×８ｍｍ（９目、３３段、３７ｇ）、ポリエチレンＲＩＢ編みの場合、２００×４０×４ｍｍ（１３目、３３段、７ｇ）、およびポリエチレン平編みの場合、２００×４０×２ｍｍ（８目、３３段、５ｇ）である。編み布のサイズは目的とする繊維板との関連で変形しうる。
【０００７】
加熱圧縮成形手法
前記ポリエチレン（ＰＥ）の及びポリエステル（ＰＥＴ）の編み布を図３（ａ）、（ｂ）に示すようにアルミ製の金型に挿入し、これを遠赤外線ヒータの設置された炉内に投入して加熱した後、炉外に取り出し自然冷却させた。
金型概観は図４に示す通りである。金型寸法は、上金型（雄金型）（ＵＭ）の突部分２００×４０×１５ｍｍ、下金型（雌金型）（ＬＭ）の凹部分２００×４０×２５（深さ）ｍｍであり、蓋を閉じた状態で内径２００×４０×１０ｍｍになるようになっている。
表面ポリエチレン層の加熱溶融方法には遠赤外線を用い加熱する方法を採用した。成形はポリエステル編み布一層に対して表面ポリエチレン層の編み布枚数を種々変化させて行った。すなわち、全体厚み１０ｍｍで表面ポリエチレン板厚が種々異なる３層構造の積層板として成形した。
前記編み布を積層板を成形素材として、より断熱性の向上をするためにポリエステル編み布層を複数として空気を含んだ心材の厚みを増加させた。この場合複数のポリエステル編み布層の層間に接着性がないため強度が低下するのを改善するために、低融点のポリエチレン編み布をポリエステル編み布層間に挿入して加熱成形により接着機能を発揮させる構成とした。すなわち図３（ｂ）に示すように５層構造の積層構造として成形した。この場合、積層構造におけるポリエチレン編み布層の配置の影響も調べるため、ポリエステル、及びポリエチレン編み布の使用量と成形品の厚みを一定（１５ｍｍ）にし、ポリエチレンの表面層とポリエステルのコア層の厚みの組み合わせを種々変化させた。５層とした場合の金型は、蓋を閉じた状態で内径が２００×４０×１５ｍｍになるようにした。
【０００８】
金型内には熱電対を装着し、金型温度がポリエチレンの融点である１３７℃より若干高めの１５０℃になったときに金型を炉外に取り出し自然放冷した。図５（ａ）、（ｂ）は加熱時間と金型温度の関係をそれぞれ３層構造と５層構造の場合について示している。
５層構造の場合には積層材料中心部のポリエチレン層の温度経過も測定した。
図５（ｂ）中、温度が１４０℃あたりで見られる温度上昇勾配の減少は加えた熱がポリエチレンの溶融のための潜熱として用いられていることを表しており、この現象は直接ポリエチレンの温度を測定している５層構造の中心部温度に顕著に現れている。再び温度上昇が大きくなる時間帯においてポリエチレンの溶融がほぼ完了したものと見なせる。
【０００９】
曲げ試験片と試験方法
積層成形品の側面端部を切り取り、１６０×３０×１０ｍｍ（３層）および１６０×３０×１５ｍｍ（５層）の大きさの試験片を採取した。該試験片をスパン間１２０ｍｍ、クロスヘッドスピード５ｍｍ／ｍｉｎで３点曲げ試験を行った。端部を切り取った後の試験片の一例を３層構造、５層構造のそれぞれについて図６に示してある。黒い部分がポリエチレン板の層であり、白い部分が空気層を含んだポリエステル繊維層である。
【００１０】
試験結果
３層構造体の曲げ試験で得られた荷重−たわみ線図を図７に示す。図７より明らかなように最大荷重に達した後も破断することなく大変形挙動を示し、表面層がポリエチレンからなる非常にフレキシブルな板材が得られる。
図８は３層構造体における表面ポリエチレン層の厚み（厚さの調整はＲＩＢ編み布とＲＩＢ編みに比べて目の粗い（一枚あたりの質量が小さい）平編み布を組み合わせることより行った。）と曲げ強度の関係を示している。図中の黒丸印は表面層とコア層を別個に成形したものを積層し、層間に接着を施さなかった場合の結果を示す。
図８より明らかなように表面層厚みの増加とともに曲げ強度も上昇し、その値は層間に接着性がない場合に比べて１０倍以上を示している。
すなわち、本成形手法では溶融ポリエチレンの一部がコア層（芯層）のポリエステル繊維間に含浸し、機械的接着が得られ、強度も大きくなるものと思われる。
【００１１】
図９は成形品の断面写真で、成形品中で最も表面層厚みが薄かった場合（ａ）と厚かった場合（ｂ）の結果である（（ａ）RIB(PE)2枚/RIB(PET)1枚/RIB(PE)2枚と（ｂ）RIB(PE)3枚/RIB(PET)1枚/RIB(PE)3枚の場合を図８におい矢印で示した。）。
３層の前記（ａ）の場合、成形時片側投入量は１３．３０ｇであり、表面層片面平均厚み２（ｍｍ）である。また（ｂ）の場合、成形時片側投入量は２１．８１ｇであり、表面層片面平均厚み２．４（ｍｍ）である。
表面層のポリエチレン編み布の使用量を増加すると表面層厚みが厚くなると共にコア層ポリエステル繊維間にも多くのポリエチレンが含浸していることがわかる。このことが強度の上昇に寄与しているが、コア層への樹脂の含浸のために断熱特性は低下することが予想される。
図１０は５層構造体の荷重−たわみ線図を示している。
図１０より明らかなように３層構造体と同様に最大荷重後も破断することなく大変形挙動を示している。
【００１２】
図１１は５層構造体の曲げ強度を、横軸に繊維板の全体の層厚（Ａとする）に対する中心部ポリエチレン層の厚さ（Ｂとする）の割合Ｒ（Ｂ／Ａ）をとって示している。Ｒの値が大きくなるほどポリエチレンの表面層が薄く、中心層が厚くなることを示している（前記したように、ポリエステル、及びポリエチレン編み布の使用量と成形品の厚みを一定（１５ｍｍ）にしていることによる。）。
図１１より明らかなように、表面ポリエチレン層を厚くすることによって強度も大きくなる。しかし中心層（ポリエステル編み布層間）にポリエチレン層を設けないと、Ｒ＝０の強度で表されるように、２層のポリエステル編み布層間に接着性が得られないため大きな強度は望めない。
したがって、一定量のポリエチレンを用いて大きな強度を期待するには中心層のポリエチレンはポリエステル層の接着に必要な最小限の厚みとし、できるだけ表面層にポリエチレン層を配置すれば良いことがわかる。
図１２は５層構造体の断面の様子を中心部ポリエチレン層厚みが大きく異なる２種類の場合（（ａ）平編(PE)1枚/RIB(PET)1枚/平編(PE)6枚/RIB(PET)1枚/平編(PE)1枚と（ｂ）平編(PE)3枚/RIB(PET)1枚/平編(PE)2枚/RIB(PET)1枚/平編(PE)3枚の場合を図１１に矢印で示した。）について示している。
５層の前記（ａ）の場合、成形時表面部投入量は５．１３ｇであり、中央部投入量は３０．６９ｇであり、成形後の成形品表面層平均厚みは０．４８（ｍｍ）であり、中央部平均厚みは２．８８（ｍｍ）である。また（ｂ）の場合、成形時表面部投入量は１５．１６ｇであり、中央部投入量は１０．２０ｇであり、成形後の成形品表面層平均厚みは１．４８（ｍｍ）であり、中央部平均厚みは１．０４（ｍｍ）である。
５層構造体の場合は使用繊維屑量がいずれの場合も同じとしたためポリエステル繊維層へのポリエチレンの含浸状態に大きな相違は見られなかった。
【００１３】
本発明の内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板の構成及びその製造方法は、７層、９層といった多層の積層板及びその製造方法へも適用できる。また、編み布の編み方を工夫すれば種々の空隙率の板材の成形も可能である。
なお、空隙率があまり大きくなくても良ければ平編みなどの組織とすることも可能である。勿論上記本発明の効果は、繊維屑としてひも状繊維屑等を使用した場合にも期待できることは容易に理解できることである。
また、積層の構造として、層の数や編み布の材料を対称的に使用したものを示したが、これらを非対称とすることができる。例えば、ＰＰ／ＰＥ（表面）−ＰＥＴ（心材）−ＰＥ（他方の表面）、ＰＰ−綿／絹−ＰＰ、ＰＰ−心材（ＰＥＴ）−ＰＥ等を例示することができる。
【００１４】
繊維積層板の用途
本発明の繊維積層板は、上記したように内部に多量の空気層を含む構造であるから、断熱、防音、防振の効果が期待でき、また、曲げ強度も高いことから、加工、施工変形も期待できるから、建築材料としては、例えば床材、壁材及び屋根の下敷き材（ルーフィング）等の用途がある。また内装材としては自動車など車両内で断熱、防音、防振の効果を利用した材料として有用である。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、繊維屑から均一の特性を持ち、安定した改善された曲げ強度などを持ち、かつ内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板が得られるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】廃漁網から得られた細い繊維を束ねたひも状繊維屑でポリエステル（ＰＥＴ））およびポリエチレン（ＰＥ）漁網屑
【図２】連続状の漁網屑を用いて作成した編み布
【図３】ポリエチレン（ＰＥ）の及びポリエステル（ＰＥＴ）の編み布の積層構成、３層構造（ａ）、５層構造（ｂ）
【図４】突部分を持つ上金型と凹部分を持つ下金型とからなる金型概観
【図５】加熱時間と金型温度の関係をそれぞれ３層構造（ａ）と５層構造の場合（ｂ）について示す
【図６】３層構造、５層構造の試験片の一例
【図７】３層構造体の曲げ試験で得られた荷重−たわみ線図
【図８】３層構造体の表面層厚みと曲げ強度の関係
【図９】成形品の断面写真
【図１０】５層構造体の曲げ試験で得られた荷重−たわみ線図
【図１１】５層構造体の曲げ強度を横軸に全体板厚に対する中心部ポリエチレン板厚の割合Ｒとして示す
【図１２】５層構造体の断面写真、中心部ポリエチレン層厚みが異なる２種類の場合を示す
【符号の説明】
ＰＥ ポリエチレン編み布 ＰＥＴ ポリエステル編み布
ＵＭ 突部分を持つ上金型
ＬＭ 凹部分を持つ下金型

Claims (5)

1. 融点の異なる２種類の繊維屑から編み布を作成し、それらを、低融点の繊維屑の編み布間に高融点の繊維屑の編み布を介在させて積層し、該積層物を低融点の繊維屑のみを溶融させ溶融物の一部を高融点繊維間に含浸させた後固化させ該積層物間に機械的接着を形成して得られた内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板。
2. 高融点の繊維屑の編み布層を複数とする場合、高融点の繊維屑の編み布層間に低融点の繊維屑からの編み布層を介在させて積層することを特徴とする請求項１に記載の繊維積層板。
3. 積層物の表面層を低融点の繊維屑の編み布で構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維積層板。
4. 高融点の編み布を作成する繊維屑がポリエステルからなる漁網繊維屑であり、および低融点の編み布を作成する繊維屑がポリエチレンからなるの漁網繊維屑であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の繊維積層板。
5. 融点の異なる２種類の漁網繊維屑から編み布を作成し、それらを、低融点の漁網繊維屑の編み布間に高融点の漁網繊維屑の編み布を介在させて積層し、該積層物を雄金型及び雌金型間に挿入し圧縮、これを遠赤外加熱装置を備えた加熱炉を持つ成形機で加熱して該積層物の低融点の漁網繊維屑のみ溶融させ、溶融物の一部が高融点繊維間に含浸させた後、冷却し該積層物間に機械的接着を形成して内部に多量の空気層を含むサンドイッチ状の繊維積層板を製造する方法。

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