JP3696354B2

JP3696354B2 - 繊維集合体の成形方法

Info

Publication number: JP3696354B2
Application number: JP33677196A
Authority: JP
Inventors: 正直山口
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Fibers Ltd
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH10168724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成繊維の捲縮短繊維からなるマトリックス中に該捲縮短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を成形するために、金型キャビティ内へ該繊維集合体を充填して加熱成形するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車、航空機等の複雑な形状を有するシート用クッション材として安価なウレタンフォームが多用されてきた。しかしながら、ウレタンフォームは、燃焼時に有毒ガスを発生すること、リサイクル使用が困難等の問題を有するため、これに代わる成形素材が切望されてきた。
【０００３】
このような問題から、近年、ウレタンフォームに代替するための素材として、合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に該短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を使用したクッション構造体が、上記の諸問題を解決することができる素材として注目されてきた。この繊維集合体は、金型のキャビティ内へ開繊された繊維集合体を充填し、これを熱成形することで繊維集合体中に含まれるバインダー繊維同士を熱融着させて形成されたものである。
【０００４】
従来、成形金型内へ繊維集合体を充填するための方法としては、例えば繊維集合体の塊を一定の大きさに仮整形し、仮整形した繊維集合体を手詰めしたり、ロボット等の自働機械によって成型金型のキャビティ内へ充填する方法が採られていた。しかしながら、この方法は、繊維集合体を一度仮整形して、その後、仮整形した繊維集合体を金型内へ詰め込む必要があるため、仮整形という工程を余分に要するためコストアップとなると共に、仮整形した繊維集合体を設置するための仮置場も必要となるといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、繊維集合体を仮整形せずに、小片の繊維集合体の塊として加圧した空気流と共に成形金型内へ輸送する方法が、例えば特開昭６２−１５２４０７号公報に提案されている。この方法は、仮整形されていない繊維集合体をコンベアで開繊機へ運搬して開繊させ、開繊させた繊維集合体の小塊をブロアーによって発生させた加圧状態の空気流に随伴させて金型キャビティへ充填した後、金型形状に合わせて加熱成型する方法である。
【０００６】
自動車用クッション材の場合、大量生産が成形コストを低減させる必要上、繊維集合体を金型キャビティ内へ充填して、該繊維集合体を加熱・冷却するまでの工程を極めて短時間で行う必要があり、複数の工程を経ることなく、一つの金型キャビティ内で全工程を完了してしまうのが望ましい。このため、金型を通気性を有する材料で構成し、これによって金型と金型キャビティに充填された繊維集合体中に熱風と冷却風を貫流させて繊維構造体（クッション材）を成形する方法が、例えば特開平７−３２４２６６号公報に提案されている。
【０００７】
しかしながら、上記のような成形方法では、一般に熱風が金型キャビティへ至るまでにある程度の熱を奪われてしまい、バインダー繊維を溶融させるに十分な温度にまで昇温する時間が長くなるといった問題がある。また、短時間で熱成形しようとすると、繊維集合体への熱伝達効率を上げるために熱風の送風速度を速くする必要があるが、風速を上げるに連れて風圧も上昇する。このため、加熱されて弾力性をある程度失っている繊維集合体が、大きくなった風圧の影響を受けて繊維集合体は変形し易くなって、製品の厚みが薄くなってしまって目的とする製品厚みが得られない、といった問題を有している。しかも、金型キャビティの中央部は、熱風や冷却風は通過し易いが、金型キャビティの側面部は通過しにくいという問題があって、これによって、成形品の品質が中央部と側面部とでは異なり、均質な成形品が得られないという問題を惹起する原因となっている。
【０００８】
この問題を解決するために、熱風速度をバインダー繊維が軟化する温度までは速く、軟化後は遅くしたり、また、冷却中においては、繊維集合体が溶融或いは軟化するまでは低速の冷却風で冷却し、変形が起こり難くなった時点で冷却速度を上げる方法も考えられる。しかしながら、このような方法では、初期の昇温工程や初期の冷却工程に要する時間を短縮することは難しい、という問題を有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べた諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、▲１▼加熱時間を短縮することができ、▲２▼成形された成形品の形状が予め設計しておいた金型の形状通りに転写され、▲３▼金型キャビティの中央部と側面部とで成形斑が生じない、といった利点を有する繊維集合体の成形方法を提供することにあって、最終的に得られる成形品の品質を従来の方式によって得られるものと比較して優れたものを得ることができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明によれば、（請求項１）合成繊維の捲縮短繊維からなるマトリックス中に該短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を成形するために、通気性を有する金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体を充填し、次いで該金型キャビティの下面から上面又は上面から下面へ熱風を繊維集合体中へ貫流させてバインダー繊維を溶融させて繊維集合体を部分的に融着結合させ、その後冷却することによって融着部を固化させて成形品を得る、繊維集合体の成形方法において、前記の金型キャビティの上下面を実質的に除いた側面外周部を囲繞するように熱風のバイパス通路を形成させ、金型キャビティに充填された繊維集合体中へ熱風を貫流させると共に、該バイパス通路にも同時に熱風を通過させることを特徴とする繊維集合体の成形方法、及び（請求項２）前記の金型キャビティとバイパス通路とに熱風が達するまでに熱風の温度低下を防ぐヒーターを設け、該ヒーターによる加熱によって熱風が有していた当初の熱量を失わせることなく，一定温度に維持した熱風を金型キャビティに充填された繊維集合体へ貫流させる請求項１記載の繊維集合体の成形方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の繊維集合体のマトリックスを構成する合成繊維の捲縮短繊維の素材には、特に制限はなく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ１,４-ジメチルシクロヘキサンテレフタレート、ポリピバラクトン、またはこれらの共重合エステルからなる短繊維、及至これらの繊維の混繊維集合体、または上記のポリマー成分の中の２種類以上からなる複合繊維（コンジュゲート繊維）等が好適である。また、短繊維の断面形状は、円形、扁平、異形または中空のいずれであっても良い。さらに、この場合の合成繊維の短繊維に付与する捲縮としては、顕在捲縮であることが好ましく、この顕在捲縮は、クリンパー等による機械的な方法、紡糸時の異方冷却による方法、サイドバイサイド型あるいは偏心シースコア型複合繊維の加熱による方法等で得ることができる。
【００１２】
一方、バインダー繊維としては、例えばポリウレタン系エラストマーやポリエステル系エラストマー繊維、特にこれらポリマーが繊維表面の一部に露出した複合繊維を好適に使用することができ、該バインダー繊維は成形する製品の要求性能に合わせて適当な量が前記のマトリックス繊維中に分散・混入されている。
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の態様について詳細に説明する。
図１は本発明の方法を実施するための装置を例示した側面断面図である。該図において、１は繊維集合体、２はコンベア、３は開繊機、４は送風機、５はダクトである。ここで、繊維集合体１は、コンベア２上に載置されており、該コンベア２によって開繊機３へと搬送され、ダクト５から金型キャビティＣへと送られて充填される。この際、開繊機３によって開繊された繊維集合体は、送風機４によって発生させられた搬送空気流に随伴してダクト５を介して金型キャビティＣへ運ばれる。
【００１４】
次に、本発明に使用する金型の構成を説明すると、６（６ａ〜６ｃ）は複数に分割された上金型、７は該上金型を上下に移動させるためのアクチュエータ、８は下金型、９は該下金型を上下に移動させるためのアクチュエータであって、１０は該上下金型６及び８がその内壁面を摺動しながら移動する、固定設置された成形枠である。なお、上金型６は分割されたものを例示してあるが、分割することが必須ではないので単体で使用することもできる。更に、本発明においては、「金型キャビティ」とは上下金型６及び８と成形枠１０とによって形成される空間を指すものとする。
【００１５】
さらに、上述の金型キャビティＣに充填された繊維集合体を成形するために、熱風及び／又は冷却風を送風するための送風装置１２が設けられ、該送風装置１２から下金型キャビティＣとバイパス通路Ｒの下面へ送風室１１から加熱空気及び／又は冷却風が送られる。なお、冷却風としては、通常室温状態にある空気が好適に使用できるが、ある程度のコストアップを許容するなら、冷却装置によって冷却した空気を使用してもよい。また、金型キャビティＣとバイパス通路Ｒの上面には排風室１３が設けられ、該上面から熱風及び／又は冷却風が排風機１４によって排風される構成とされている。ここで、本発明の熱風及び／又は冷却風としては、空気を使用することが容易に得られること、及び成形コストを低減する上で好ましいが、窒素等の気体を使用することもできる。
【００１６】
以上のように構成された成形金型において、本発明の第一の特徴は、金型キャビティの上下面を除く、側面外周部を囲繞するように熱風及び／又は冷却風をバイパスさせることができるバイパス通路Ｒが設けられていることにある。そして、このバイパス通路Ｒへ熱風を通過させることで、加熱され難い金型キャビティＣの側面部に対して、該側面部の外周側から熱風が持つ熱を繊維集合体へ十分に受け渡すことができるのである。このため、従来の方式のように金型キャビティＣの中央部と側面部とを通過する熱風の風量或いは風速の相違と加熱斑に起因する成形斑の発生を該バイパス通路Ｒによって極めて巧妙に解決することができるのである。
【００１７】
次に、本発明の第二の特徴とするところは、前述の熱風の送風系において、熱風が金型キャビティＣとバイパス通路Ｒとに達するまでの間に当初に熱風が有していた熱量を失わさせることなく、金型キャビティＣ内とバイパス通路Ｒ内へと送風できる方法を提供することにある。この目的を達成するために、本発明では熱風から熱が奪われる要因となる送風室１１や送風ダクトの壁面にヒーター１５を付設し、予め所定の温度に加熱制御してある。これによって、金型キャビティＣへ送る熱風の風速を速くする必要もなく、所定の熱量を金型キャビティＣに充填された繊維集合体に付与することを可能としているのである。このようなヒーター１５は、図１に示したように送風室１１や送風配管の内壁面に設けてもよく、また外壁面に設けても良い。ここで、肝要なことは、熱風の温度が許容値よりも低下しないようにすることであって、この目的を達成することができる加熱手段であれば、電気ヒーター等で前記の壁面を直接加熱してもよく、また、ジャケット内に封入した熱媒等を加熱して熱媒蒸気を発生させ、これによって間接的に加熱する方式としても良い。
【００１８】
そして、本発明の実施の態様においては、金型キャビティＣ内に充填された繊維集合体を予備圧縮することがより好ましい。つまり、送風機４によって発生させられた搬送気流に随伴させて金型キャビティＣ内に繊維集合体が充填された後、吹込口を閉じて金型を圧縮する工程において、成形後に最終的に得られる成型品形状となる手前で圧縮を止め、圧縮代を残しておくのである。
【００１９】
これについて、図３（側面断面図）及び図４（側面断面図）を参照しながら詳細に説明する。先ず、図３は金型キャビティＣ内に充填された繊維集合体を圧縮代（Ｌ）を残して少なくとも１回以上段階的及び／又は連続的に圧縮した後の状態を示しており、この状態は分割した上金型６ａ〜６ｃをアクチュエータ７ａ〜７ｃで下方へ移動させることにより行われる。なお、圧縮代（Ｌ）を残した位置にまで繊維集合体を圧縮するに際しては、複数回に渡って段階的に圧縮しても良いが、通常は一回で前記の圧縮代（Ｌ）を残した位置まで圧縮する。そして、このように圧縮代（Ｌ）を残した状態で、金型キャビティＣ内とバイパス通路Ｒ内に熱風を貫流させて繊維集合体を所定の温度まで昇温し、これによってバインダー繊維を選択的に溶融させてマトリックス繊維もしくは他のバインダー繊維と熱融着させる。
【００２０】
この後、冷却風を循環させ、成形品を冷却することで繊維集合体に部分的に生じた融着部を固定させる。この冷却の工程で金型を最終成形品形状が得られる位置まで圧縮方向へ少なくとも一回以上段階的及び／又は連続的に圧縮する（図４参照）。ここで、圧縮を複数回に渡って実施しても良いが、通常は一回で良い。このようにして成形品が所定の温度まで冷却され、繊維集合体中に形成された融着部が固化すると、アクチュエータ９によって下金型８が下方へ移動させられ、成形品は金型キャビティＣ内から取り出されることで、一つの成形サイクルを完了し、次いで金型が所定の位置へ移動して繊維集合体をキャビティ中へ受け入れる準備が行われる。そして、コンベア上の繊維集合体が開繊状態で金型キャビティ内へ充填する工程に始まる次の成形サイクルが開始される。
【００２１】
なお、上記の圧縮代（Ｌ）としては、成形完了後に得られる成形品の嵩高密度や厚み等の要因によって変わって来るが、通常５〜１００ｍｍの範囲が好ましい。何故ならば、圧縮代（Ｌ）が５ｍｍ未満であると、熱成形時の繊維集合体の退けが大きくなって、所定の成形品より厚みにおいて薄くなって、所定の金型形状を転写することが難しくなる。また、圧縮代（Ｌ）を１００ｍｍより大きくしようとすると、実質的に熱風を貫流させる直前に圧縮した繊維集合体の嵩高密度を小さくせざるを得ず、このため熱風の貫流抵抗が変わったり、金型キャビティの中央部と側面部とが受ける風圧の差による影響を受けて成形斑を起こし易くなり好ましくない。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、金型の昇温時間を最短にし、しかも成形時に金型キャビティに充填された繊維集合体中を貫流する熱風の偏流や風圧の影響を最小限に抑えることができる。そして、これらの効果によって成形斑のない品質に優れた成形品が得られるという極めて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形方法を適用する装置を例示した側面断面図である。
【図２】従来の成形方法を適用する装置を例示した側面断面図である。
【図３】金型キャビティに充填された繊維集合体を圧縮代を残して加熱前圧縮した状態を表わした側面断面図である。
【図４】加熱後圧縮圧縮代を残さずに最終位置まで繊維集合体を圧縮した状態を表わした側面断面図である。
【符号の説明】
１繊維集合体
２コンベア
３開繊機
４送風機
５ダクト
６上金型
７アクチュエータ
８下金型(加熱ヒータ
９アクチュエータ
１０成形枠
１１送風室
１２送風装置
１３排風室
１４排風機
１５ヒーター
Ｃ金型キャビティ
Ｒバイパス穴通路

Claims

合成繊維の捲縮短繊維からなるマトリックス中に該短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を成形するために、通気性を有する金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体を充填し、次いで該金型キャビティの下面から上面又は上面から下面へ熱風を繊維集合体中へ貫流させてバインダー繊維を溶融させて繊維集合体を部分的に融着結合させ、その後冷却することによって融着部を固化させて成形品を得る、繊維集合体の成形方法において、
前記の金型キャビティの上下面を実質的に除いた側面外周部を囲繞するように熱風のバイパス通路を形成させ、金型キャビティに充填された繊維集合体中へ熱風を貫流させると共に、該バイパス通路にも同時に熱風を通過させることを特徴とする繊維集合体の成形方法。
前記の金型キャビティとバイパス通路とに熱風が達するまでに熱風の温度低下を防ぐヒーターを設け、該ヒーターによる加熱によって熱風が有していた当初の熱量を失わせることなく，一定温度に維持した熱風を金型キャビティに充填された繊維集合体へ貫流させる請求項１記載の繊維集合体の成形方法。