JP3760407B2 - ストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストランドマット入りのポリウレタンフォームに関し、特に、ポリウレタンフォーム原液にストランドマットを含浸させるに際してストランドマット内の気泡を最大限に除去してポリウレタンフォームの上部表面を平坦にするとともに、ポリウレタンフォームの引張強度、圧縮強度などの物性を均一にしたストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ポリウレタンフォームは、ポリオールとイソシアネート成分からなるスポンジ状の多孔質の物質であって、軟質および硬質の２種に分けられるが、軟質のポリウレタンフォームはマットレスのようなクッション材として使用され、硬質のポリウレタンフォームは主に断熱材として使用される。このうち、本発明は、断熱材として使用される硬質のポリウレタンフォームに関するものであって、ＬＮＧなどの超低温物質の運搬を主とする船舶用保冷材として使用されるポリウレタンフォームを製造する方法および装置に関する。
【０００３】
従来の技術によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、図１に示すように、ガラス繊維からなる連続ストランドマットを連続的に供給し移送しながらストランドマットにポリウレタン原液を噴射してポリウレタン原液にストランドマットが含浸されるようにした後、一定時間の経過の後ポリウレタン原液が発泡されて製品が成形されると、完成された製品を取り出すことからなる。
【０００４】
ここで、ストランドマットは、２５μｍ以下の固形粉末状のガラス繊維フィラメントがポリエステル接着剤によって結合されてマット形態を成している。このとき、ポリエステル接着剤の使用量は、マット形態を保持する範囲内で最小限となるようにストランドマット重量の１．３〜３重量％にするのが普通である。
【０００５】
しかし、連続式ストランドマットは、複数のストランドマットが積層された状態で移送されてポリウレタン原液が噴射されるところ、ストランドマットがポリウレタン原液に含浸される際ストランドマットの内部には多量の空気層が存在することになる。このようにストランドマットの内部に存在する空気層は、ポリウレタン原液にストランドマットが含浸される途中にストランドマットの外部に抜け、空気の抜けた空間にはポリウレタン原液が埋められる。
【０００６】
前記ストランドマットがポリウレタン原液に含浸されて一定時間経過するとポリウレタン原液が発泡成形されるが、このポリウレタン原液の発泡成形の際、まだ抜けられなかった空気はポリウレタンフォーム内に残留し、ポリウレタンフォームの断熱性能に悪影響を与えることになる。つまり、発泡成形されたポリウレタンフォームの表面は前記残留空気によって平坦度が劣り、これは、ポリウレタンフォームの多様な物性値を不均一にする要因となり、品質劣化につながる。
【０００７】
要するに、従来のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、ストランドマットにポリウレタン原液が噴射された後に自然状態、つまりストランドマットをなすガラス繊維の間に存在している空気が外部へ完全に排出されなかった状態でフォーム反応が進行されるため、成形されたポリウレタンフォーム内には様々な大きさの空気層が存在することになり、その結果、ポリウレタンフォームの強度および保冷効果が低下し、超低温状態で収縮、亀裂、捩れなどが起こるか、外部衝撃によって割れ易くなってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであって、連続式ストランドマットにポリウレタン原液が噴射された後、フォーム反応が起こる前にストランドマットがポリウレタン原液に含浸されることを促進すると同時に、ストランドマット内の空気を迅速に除去することによって、超低温状態でも収縮、亀裂、捩れなどが生じなく、引張強度、圧縮強度などの特性が向上されるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法および装置を提供することにその目的がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するべく本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、複数の巻取り装置からストランドマットを連続的に供給し移送させる第１工程と、連続的に移送されるストランドマットにポリウレタン原液を噴射する第２工程と、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマット内の空気を排出させる第３工程と、空気の排出されたストランドマットの内外側でポリウレタン原液が発泡成形されるようにする第４工程と、を含めてなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、ストランドマットの内部空気を排出する第３工程は、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマットが上下流動されながら移送されるようにする過程を含む。
【００１１】
また、前記第３工程は、ストランドマットの上側から間欠的に圧力を加えてストランドマットの内部空気が排出されるようにする過程を含む。
【００１２】
本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置は、基板と、前記基板の上側に位置してストランドマットが巻き取られている複数の巻取りローラと、前記基板に設けられて前記巻取りローラから供給される複数のストランドマットが積層されながら移送されるようにするコンベヤと、前記基板の上側に設けられて移送中のストランドマットにポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段と、を含めて構成されたストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置において、前記原液噴射手段から所定距離離隔された後方（下流側）にストランドマット内の空気を排出させる空気除去手段が備えられることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記空気除去手段は、ストランドマットが移送されながら上下流動されるように前記基板上に形成された凹凸部を含む。
【００１４】
また、前記空気除去手段は、ストランドマットに間欠的に密着されて回転されながらストランドマット内の空気を排出させる圧力ローラを含めて構成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法およびその製造装置を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、図２に示すように、複数の巻取り装置からストランドマットを連続的に供給し移送させる第１工程と、連続的に移送されるストランドマットにポリウレタン原液を噴射する第２工程と、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマットを上下流動させ、ストランドマットの上側から間欠的に圧力を加えてストランドマット内部の空気を外部に排出させる第３工程と、空気の排出されたストランドマットの内外側でポリウレタン原液が発泡成形されるようにする第４工程と、完成された製品を取り出す第５工程と、からなる。
【００１７】
また、本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置は、図３に示すように、基板１０と、前記基板１０の上側に設けられてストランドマット５０が巻き取られている複数の巻取りローラ１３と、前記基板１０に設けられて前記巻取りローラ１３から供給される複数のストランドマット５０が積層されながら移送されるようにする第１および第２コンベヤ１１，１２と、前記第１および第２コンベヤ１１，１２間の基板１０の上側に設けられて移送中のストランドマット５０にポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段２０と、前記原液噴射手段２０から所定距離離隔された後方位置（下流側の位置）に設けられて移送中のストランドマット５０内の空気を外部に排出させる空気除去手段と、から構成される。
【００１８】
ここで、前記空気除去手段は、前記ストランドマット５０が移送されながら上下流動されるように前記基板上に設けられた凹凸部１５と、前記ストランドマット５０の上方から間欠的に圧力を加える加圧手段３０と、から構成される。
【００１９】
また、前記基板１０の両側面には側壁１４が立設され、前記基板１０の前方および後方（上流側および下流側）に前記第１および第２コンベヤ１１，１２が設けられる。これら第１および第２コンベヤ１１，１２は互いに離隔されるように配設されるが、各々、コンベヤベルト１１ａ，１２ａと駆動ローラ１１ｂ，１２ｂとから構成される。また、前記側壁１４にはストランドマット５０の巻かれた多数の巻取りローラ１３が並設される。したがって、多数の巻取りローラ１３からほどけてコンベヤベルト１１ａによって移送されるストランドマットは、巻取りローラ１３の数ほど積層されて移送される。一方、前記第２コンベヤ１２はスラットコンベヤで構成されて原液の噴射された連続式ストランドマット５０を引っ張り、移送するようになる。
【００２０】
また、第１コンベヤ１１の後端から所定距離離隔された基板１０の位置には垂直方向に切開された通路１０ａが形成され、基板１０の下方には異形紙供給装置４０が設置されて前記通路１０ａを通じて異形紙４１が供給される。また、前記異形紙供給装置４０の異形紙出口部分には上下両方に各々ガイドローラ４２が設けられて、異形紙４１の供給を案内する。
【００２１】
勿論、前記異形紙供給装置４０によって供給される異形紙４１はポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段２０の前方（上流側）でストランドマット５０の下側に供給され、また、前記原液噴射手段２０から後方（下流側）に所定距離離隔された基板１０にはポリウレタン原液に含浸されたストランドマット５０が上下方向に流動されながら移送されるようにする凹凸部１５が形成される。
【００２２】
前記凹凸部１５の後方（下流側）には、ストランドマット５０の上面に紙１７を被せる紙供給装置１６が配設され、この紙供給装置１６の後方（下流側）にはストランドマット５０の上側に間欠的な圧力を加えてストランドマット５０の内部空気を外部に排出させる加圧装置３０が配設される。したがって、前記加圧装置３０は、前記紙供給装置１６によって上面に紙１７の被せられたストランドマット５０を加圧するようになる。
【００２３】
前記原液噴射手段２０は、ポリオール成分とイソシアネート成分が混合されたポリウレタン原液を噴射する装置であって、前記基板１０の左右方向の幅に比べて相対的に小さく形成されて左右方向に往復運動しながらポリウレタン原液を噴射する。
【００２４】
図４は、本発明の要部構成の凹凸部１５を拡大した斜視図であって、前記凹凸部１５は、基板１０の上面に突設され、その断面は梯形となっており、また、突出部位と突出部位は一定間隔離れて形成される。したがって、ストランドマット５０が凹凸部１５の上面を通りながら上下方向に流動し、これにより、ポリウレタン原液はストランドマット５０のガラス繊維の間に完全に浸透され、ストランドマット５０の内部空気は外部に排出されるようになる。ここで、前記凹凸部１５の材質は複合材料、金属などを使用することができるが、特に、加工性に優れている上に、よく撓まなく、寸法安定性にも優れている複合材料が好ましい。
【００２５】
前記加圧装置３０は、図５および図６に示すように、ストランドマット５０に間欠的に密着されながら回転されてストランドマット５０内の空気を排出させる圧力ローラ３２と、前記圧力ローラ３２を回転可能に支持する支え部材３３と、前記支え部材３３の上側に結合されて支え部材３３を上下移動させる位置調節手段３４と、前記位置調節手段３４の一側に設けられ、前記支え部材３３に連結されて前記支え部材３３を揺動させて前記圧力ローラ３２をストランドマット５０に密着させたり、ストランドマット５０から離したりする間欠動作手段３５と、から構成される。
【００２６】
前記支え部材３３は‘┐’形状に形成され、垂直方向の短端部(short end)３３ａに前記圧力ローラ３２が回転可能に結合され、水平方向の長端部(long end)３３ｂには前記間欠動作手段３５がヒンジ連結され、支え部材３３の上側が前記位置調節手段３４にヒンジ連結される。前記位置調節手段３４は、基板１０に固定された支え台３１の上側に設置された位置調整モータ３４ｆと、一側にスライダ３４ｃが取付けられて前記支え台３１の下部に設けられたガイド３４ｄに上下移動自在に連結された位置調節部材３４ａと、前記位置調節部材３４ａの下側に設けられて前記支え部材３３とヒンジ連結される複数の連結部３４ｂと、前記位置調節部材３４ａと螺合されて前記位置調整モータ３４ｆの作動とともにべベルギヤ部３４ｇを通じて駆動力が伝達されて回転されて、前記位置調節部材３４ａを昇降させるスクリュー軸３４ｅと、から構成される。
【００２７】
また、前記間欠動作手段３５は、前記位置調節部材３４ａの一側に設置されたモータ３５ｂと、このモータ３５ｂによって回転される板状のドラム３５ａと、一端は前記ドラム３５ａの縁部にヒンジ連結され、他端は前記支え部材３３の長端部３３ｂにヒンジ連結されるアーム３５ｃと、から構成される。したがって、前記モータ３５ｂが駆動されてドラム３５ａが回転されると、偏心されたアーム３５ｃは上下方向に周期的に運動し、アーム３５ｃの下端に連結された支え部材３３が連結部３４ｂを中心に回動されることによって、支え部材３３の下端に設置された圧力ローラ３２が一定周期に上昇または下降しながら下側のストランドマット５０を間欠的に加圧するのである。
【００２８】
要するに、前記圧力ローラ３２はその下側に移送されるストランドマット５０の上面に間欠的な圧力を加えるように運動されるため、ストランドマット５０の内部に存在する空気を外部に排出させることができる。このように間欠的に圧力を加える理由は、ストランドマット５０に持続的に圧力を加えると、先に噴射された原液が前方にはみ出されながら後で噴射された原液と干渉を引き起こすおそれがあるからである。
【００２９】
このとき、加圧装置３０はストランドマット５０に適切な圧力を加えるように駆動されるが、その適切な圧力は、原液がストランドマット５０上にわずかに溜まる程度にするのが好適である。
【００３０】
このように構成された本発明による連続式ストランドマット入りのガラス繊維強化ポリウレタンフォームの製造装置の動作は次のようである。
【００３１】
ストランドマット５０の巻かれた巻取りローラ１３を基板１０の側壁１４に多数個設置し、電源を印加すると、第１コンベヤ１１によってストランドマット５０が移送される。前記第１コンベヤ１１によって移送されるストランドマット５０の層数はストランドマット５０がほどける巻取りローラ１３の数によって決定されるが、その数は必要に応じて調整可能であり、また、基板１０の下側に備えられた異形紙供給装置４０からは異形紙４１が供給されてストランドマット５０と基板１０の間に介在されて移送される。
【００３２】
下側に異形紙４１が供給されたストランドマット５０が原液噴射手段２０の下部を通過する間、原液噴射手段２０の上側に原液噴射手段２０からポリウレタン原液が噴射される。ポリウレタン原液は、ポリオール成分とイソシアネート成分を混合したものに反応触媒、添加剤、発泡剤などを添加してなる。
【００３３】
ポリウレタン原液に含浸されたストランドマット５０は、基板１０に形成された凹凸部１５を通過しながら上下方向に流動され、これによりポリウレタン原液はストランドマット５０の内部空気を排出させながらストランドマット５０の内部に完全に浸透される。その後、紙供給装置１６から紙１７が供給されてストランドマット５０の上面に被せられる。
【００３４】
紙１７の被せられたストランドマット５０が加圧装置３０の下側を通過すると、前記加圧装置３０は、前記ストランドマット５０を間欠的に加圧してストランドマット５０内に未だ残っている空気を外部に排出させる。
【００３５】
すなわち、位置調整モータ３４ｆが駆動されると、べベルギヤ部３４ｇを通じて動力が伝達されたスクリュー軸３４ｅが回転され、このスクリュー軸３４ｅの回転によって位置調節部材３４ａがガイド３４ｄの案内を受けて上下移動される。
【００３６】
これにより、移送されるストランドマット５０の厚さに基づいて支え部材３３の上下位置を変更することができ、ストランドマット５０を加圧する圧力も変更可能である。
【００３７】
また、位置調節部材３４ａの側部に設置されたモータ３５ｂが駆動されてドラム３５ａを回転させると、前記ドラム３５ａに偏心して取付けられたアーム３５ｃがドラム３５ａの回転にしたがって前記支え部材３３の長端部３３ｂを上下移動させるようになる。したがって、支え部材３３が位置調節部材３４ａとの連結部３４ｂを中心に揺動されながら圧力ローラ３２を回動させて、ストランドマット５０を間欠的に加圧することになる。これにより、ストランドマット５０内に残留している空気は殆ど排出され、前記圧力ローラ３２がストランドマット５０の上側を加圧するため、ポリウレタン原液の含浸されたストランドマット５０の上面が平坦になる。
【００３８】
また、間欠的に圧力を加えると、加圧装置３０が持続的にストランドマット５０に圧力を加える場合とは違って、先噴射された原液によって後噴射された原液が干渉を受けるおそれがなく、干渉から起因するポリウレタンフォームの不良も防止することができる。以上の過程を経たストランドマット５０内のポリウレタン原液は一定時間が経過すると発泡成形され、この際、ストランドマット５０の上面は平坦面をなすので、ポリウレタンフォームの表面が均一になり、引張強度および圧縮強度などの機械的物性値が比較的均一になる。
【００３９】
勿論、前記ストランドマット５０が加圧装置３０を通過する前にポリウレタン原液が発泡成形されてはいけなく、したがって、凹凸部１５の通過および加圧工程は短時間で済まなければならない。最終的に、発泡および成形によって形成されたガラス繊維強化ポリウレタンフォームは、完全に固まったのち製品として取り出される。
【００４０】
下記の表１は、ポリウレタン原液の成分と粘度、凹凸部を通過したか否か、加圧したか否かによる物性値の変化を比較した結果であって、ＨＣＦＣ−１４１ｂはジクロロモノフルオルメタンであり、ＣＳＭは連続式ストランドマット(Continuous Strand Mat)を意味する。
【００４１】
比較例１は、ポリウレタン原液としてポリオール、イソシアネート、ＨＣＦＣ−１４１ｂおよび水を、各々１００：１３０：７：０．３の重量比率で混ぜた場合であって、ポリオールの比較的低い粘度(７００CPS)によってストランドマットの含浸は容易であったが、１ＥＡ／Ｍ2程度の未含浸が間欠的に発生したり、ストランドマットの気泡状態は基準値をやや上回る結果を見せた。
【００４２】
また、水を発泡剤として１００％使用した比較例２では、粘度上昇によってストランドマットに原液がよく含浸されず、４〜５ＥＡ／Ｍ2の未含浸が発生したり、フォーム内部には数多くの気泡が発生した。
【００４３】
そして、比較例３は、ストランドマットの投入量を６重に減らしたにもかかわらず、比較例２と比べたとき、含浸状態および気泡状態にはあまり変わりがなかった。
【表１】
【００４４】
対する実施例１は、凹凸部１５だけを通過させた場合であって、ポリウレタン原液の噴射されたストランドマットが凹凸部１５を通過しながら上下方向に流動されてストランドマット内の空気が外部に排出された結果である。この場合は、ストランドマット内の空気中の一部が外部に排出されることから、ある程度含浸が改善されて製品ロス率が２７．２％に低減したが、満足できる水準には至らなかった。
【００４５】
そして、実施例２は、ポリウレタン原液の噴射されたストランドマットが基板１０上の凹凸部１５を通過した後に加圧装置３０によって持続的な圧力を受けてストランドマットの空気が排出された場合であって、実施例１に比べるとき、ストランドマット内部の空気層がさらに除去されて含浸効果が一層向上され、製品ロス率と未含浸数量は低減したものの、加圧装置３０の持続的な圧力によって前方にはみ出された原液が新たに噴射された原液と干渉を起こし、不良をきたす欠点があった。
【００４６】
また、実施例３は、ストランドマットを凹凸部１５に通過させるとともに、加圧装置３０が間欠的にストランドマットに圧力を加えるようにした場合であって、ストランドマットがポリウレタン原液に含浸された後、凹凸部１５を通過しながら上下方向に流動されて空気を排出し、加圧装置３０を通過しながら上面から間欠的な圧力を受けて残余空気を排出するようにしたため、先に吐出されたポリウレタン原液が加圧装置によって前方にはみ出されて後で吐出されたポリウレタン原液と干渉を起こす現象を防止することができる。その結果、物性値が比較的均一に分布され、製品のロス率が相当低減した。
【００４７】
【発明の効果】
以上の如く、本発明による連続式ストランドマット入りのガラス繊維強化ポリウレタンフォームの製造方法およびその装置は、凹凸部および加圧装置を利用してストランドマットの空気を排出させて未含浸部分の発生を防止することによって、断熱度および機械的強度を増大させ、気泡のない均一な表面および断面を形成することができる。したがって、引張強度および圧縮強度などの機械的物性が均一なポリウレタンフォームの形成が可能で、−１６５℃以下の超低温でも収縮、亀裂、捩れなどを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】 本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】 本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置を示す斜視図である。
【図４】 図３に示した製造装置の凹凸部を拡大した斜視図である。
【図５】 図３に示した製造装置の加圧装置を拡大した正面図である。
【図６】 図５の加圧装置の側面図である。
【符号の説明】
１０ 基板、１１ 第１コンベヤ、１１ａ コンベヤベルト、 １１ｂ 駆動ローラ、１２ 第２コンベヤ、１３ 巻取りローラ、１４ 側壁、１５ 凹凸部、１６ 紙供給装置、２０ 原液供給手段、３０ 加圧手段、３１ 支え台、３２ 加圧ローラ、３３ 支え部材、３４ 位置調節手段、３４ａ 位置調節部材、３４ｂ 連結部、３４ｃ スライダ、３４ｄ ガイド、３４ｅ スクリュー軸、３４ｆ 位置調整モータ、３４ｇ べベルギヤ部、３５ 間欠動作手段、３５ａ ドラム、３５ｂ モータ、３５ｃ アーム、４０ 異形紙供給装置、４１ 異形紙、５０ ストランドマット。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストランドマット入りのポリウレタンフォームに関し、特に、ポリウレタンフォーム原液にストランドマットを含浸させるに際してストランドマット内の気泡を最大限に除去してポリウレタンフォームの上部表面を平坦にするとともに、ポリウレタンフォームの引張強度、圧縮強度などの物性を均一にしたストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ポリウレタンフォームは、ポリオールとイソシアネート成分からなるスポンジ状の多孔質の物質であって、軟質および硬質の２種に分けられるが、軟質のポリウレタンフォームはマットレスのようなクッション材として使用され、硬質のポリウレタンフォームは主に断熱材として使用される。このうち、本発明は、断熱材として使用される硬質のポリウレタンフォームに関するものであって、ＬＮＧなどの超低温物質の運搬を主とする船舶用保冷材として使用されるポリウレタンフォームを製造する方法および装置に関する。
【０００３】
従来の技術によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、図１に示すように、ガラス繊維からなる連続ストランドマットを連続的に供給し移送しながらストランドマットにポリウレタン原液を噴射してポリウレタン原液にストランドマットが含浸されるようにした後、一定時間の経過の後ポリウレタン原液が発泡されて製品が成形されると、完成された製品を取り出すことからなる。
【０００４】
ここで、ストランドマットは、２５μｍ以下の固形粉末状のガラス繊維フィラメントがポリエステル接着剤によって結合されてマット形態を成している。このとき、ポリエステル接着剤の使用量は、マット形態を保持する範囲内で最小限となるようにストランドマット重量の１．３〜３重量％にするのが普通である。
【０００５】
しかし、連続式ストランドマットは、複数のストランドマットが積層された状態で移送されてポリウレタン原液が噴射されるところ、ストランドマットがポリウレタン原液に含浸される際ストランドマットの内部には多量の空気層が存在することになる。このようにストランドマットの内部に存在する空気層は、ポリウレタン原液にストランドマットが含浸される途中にストランドマットの外部に抜け、空気の抜けた空間にはポリウレタン原液が埋められる。
【０００６】
前記ストランドマットがポリウレタン原液に含浸されて一定時間経過するとポリウレタン原液が発泡成形されるが、このポリウレタン原液の発泡成形の際、まだ抜けられなかった空気はポリウレタンフォーム内に残留し、ポリウレタンフォームの断熱性能に悪影響を与えることになる。つまり、発泡成形されたポリウレタンフォームの表面は前記残留空気によって平坦度が劣り、これは、ポリウレタンフォームの多様な物性値を不均一にする要因となり、品質劣化につながる。
【０００７】
要するに、従来のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、ストランドマットにポリウレタン原液が噴射された後に自然状態、つまりストランドマットをなすガラス繊維の間に存在している空気が外部へ完全に排出されなかった状態でフォーム反応が進行されるため、成形されたポリウレタンフォーム内には様々な大きさの空気層が存在することになり、その結果、ポリウレタンフォームの強度および保冷効果が低下し、超低温状態で収縮、亀裂、捩れなどが起こるか、外部衝撃によって割れ易くなってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであって、連続式ストランドマットにポリウレタン原液が噴射された後、フォーム反応が起こる前にストランドマットがポリウレタン原液に含浸されることを促進すると同時に、ストランドマット内の空気を迅速に除去することによって、超低温状態でも収縮、亀裂、捩れなどが生じなく、引張強度、圧縮強度などの特性が向上されるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法および装置を提供することにその目的がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するべく本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、複数の巻取り装置からストランドマットを連続的に供給し移送させる第１工程と、連続的に移送されるストランドマットにポリウレタン原液を噴射する第２工程と、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマット内の空気を排出させる第３工程と、空気の排出されたストランドマットの内外側でポリウレタン原液が発泡成形されるようにする第４工程と、を含めてなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、ストランドマットの内部空気を排出する第３工程は、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマットが上下流動されながら移送されるようにする過程を含む。
【００１１】
また、前記第３工程は、ストランドマットの上側から間欠的に圧力を加えてストランドマットの内部空気が排出されるようにする過程を含む。
【００１２】
本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置は、基板と、前記基板の上側に位置してストランドマットが巻き取られている複数の巻取りローラと、前記基板に設けられて前記巻取りローラから供給される複数のストランドマットが積層されながら移送されるようにするコンベヤと、前記基板の上側に設けられて移送中のストランドマットにポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段と、を含めて構成されたストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置において、前記原液噴射手段から所定距離離隔された後方（下流側）にストランドマット内の空気を排出させる空気除去手段が備えられることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記空気除去手段は、ストランドマットが移送されながら上下流動されるように前記基板上に形成された凹凸部を含む。
【００１４】
また、前記空気除去手段は、ストランドマットに間欠的に密着されて回転されながらストランドマット内の空気を排出させる圧力ローラを含めて構成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法およびその製造装置を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法は、図２に示すように、複数の巻取り装置からストランドマットを連続的に供給し移送させる第１工程と、連続的に移送されるストランドマットにポリウレタン原液を噴射する第２工程と、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマットを上下流動させ、ストランドマットの上側から間欠的に圧力を加えてストランドマット内部の空気を外部に排出させる第３工程と、空気の排出されたストランドマットの内外側でポリウレタン原液が発泡成形されるようにする第４工程と、完成された製品を取り出す第５工程と、からなる。
【００１７】
また、本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置は、図３に示すように、基板１０と、前記基板１０の上側に設けられてストランドマット５０が巻き取られている複数の巻取りローラ１３と、前記基板１０に設けられて前記巻取りローラ１３から供給される複数のストランドマット５０が積層されながら移送されるようにする第１および第２コンベヤ１１，１２と、前記第１および第２コンベヤ１１，１２間の基板１０の上側に設けられて移送中のストランドマット５０にポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段２０と、前記原液噴射手段２０から所定距離離隔された後方位置（下流側の位置）に設けられて移送中のストランドマット５０内の空気を外部に排出させる空気除去手段と、から構成される。
【００１８】
ここで、前記空気除去手段は、前記ストランドマット５０が移送されながら上下流動されるように前記基板上に設けられた凹凸部１５と、前記ストランドマット５０の上方から間欠的に圧力を加える加圧手段３０と、から構成される。
【００１９】
また、前記基板１０の両側面には側壁１４が立設され、前記基板１０の前方および後方（上流側および下流側）に前記第１および第２コンベヤ１１，１２が設けられる。これら第１および第２コンベヤ１１，１２は互いに離隔されるように配設されるが、各々、コンベヤベルト１１ａ，１２ａと駆動ローラ１１ｂ，１２ｂとから構成される。また、前記側壁１４にはストランドマット５０の巻かれた多数の巻取りローラ１３が並設される。したがって、多数の巻取りローラ１３からほどけてコンベヤベルト１１ａによって移送されるストランドマットは、巻取りローラ１３の数ほど積層されて移送される。一方、前記第２コンベヤ１２はスラットコンベヤで構成されて原液の噴射された連続式ストランドマット５０を引っ張り、移送するようになる。
【００２０】
また、第１コンベヤ１１の後端から所定距離離隔された基板１０の位置には垂直方向に切開された通路１０ａが形成され、基板１０の下方には異形紙供給装置４０が設置されて前記通路１０ａを通じて異形紙４１が供給される。また、前記異形紙供給装置４０の異形紙出口部分には上下両方に各々ガイドローラ４２が設けられて、異形紙４１の供給を案内する。
【００２１】
勿論、前記異形紙供給装置４０によって供給される異形紙４１はポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段２０の前方（上流側）でストランドマット５０の下側に供給され、また、前記原液噴射手段２０から後方（下流側）に所定距離離隔された基板１０にはポリウレタン原液に含浸されたストランドマット５０が上下方向に流動されながら移送されるようにする凹凸部１５が形成される。
【００２２】
前記凹凸部１５の後方（下流側）には、ストランドマット５０の上面に紙１７を被せる紙供給装置１６が配設され、この紙供給装置１６の後方（下流側）にはストランドマット５０の上側に間欠的な圧力を加えてストランドマット５０の内部空気を外部に排出させる加圧装置３０が配設される。したがって、前記加圧装置３０は、前記紙供給装置１６によって上面に紙１７の被せられたストランドマット５０を加圧するようになる。
【００２３】
前記原液噴射手段２０は、ポリオール成分とイソシアネート成分が混合されたポリウレタン原液を噴射する装置であって、前記基板１０の左右方向の幅に比べて相対的に小さく形成されて左右方向に往復運動しながらポリウレタン原液を噴射する。
【００２４】
図４は、本発明の要部構成の凹凸部１５を拡大した斜視図であって、前記凹凸部１５は、基板１０の上面に突設され、その断面は梯形となっており、また、突出部位と突出部位は一定間隔離れて形成される。したがって、ストランドマット５０が凹凸部１５の上面を通りながら上下方向に流動し、これにより、ポリウレタン原液はストランドマット５０のガラス繊維の間に完全に浸透され、ストランドマット５０の内部空気は外部に排出されるようになる。ここで、前記凹凸部１５の材質は複合材料、金属などを使用することができるが、特に、加工性に優れている上に、よく撓まなく、寸法安定性にも優れている複合材料が好ましい。
【００２５】
前記加圧装置３０は、図５および図６に示すように、ストランドマット５０に間欠的に密着されながら回転されてストランドマット５０内の空気を排出させる圧力ローラ３２と、前記圧力ローラ３２を回転可能に支持する支え部材３３と、前記支え部材３３の上側に結合されて支え部材３３を上下移動させる位置調節手段３４と、前記位置調節手段３４の一側に設けられ、前記支え部材３３に連結されて前記支え部材３３を揺動させて前記圧力ローラ３２をストランドマット５０に密着させたり、ストランドマット５０から離したりする間欠動作手段３５と、から構成される。
【００２６】
前記支え部材３３は‘┐’形状に形成され、垂直方向の短端部(short end)３３ａに前記圧力ローラ３２が回転可能に結合され、水平方向の長端部(long end)３３ｂには前記間欠動作手段３５がヒンジ連結され、支え部材３３の上側が前記位置調節手段３４にヒンジ連結される。前記位置調節手段３４は、基板１０に固定された支え台３１の上側に設置された位置調整モータ３４ｆと、一側にスライダ３４ｃが取付けられて前記支え台３１の下部に設けられたガイド３４ｄに上下移動自在に連結された位置調節部材３４ａと、前記位置調節部材３４ａの下側に設けられて前記支え部材３３とヒンジ連結される複数の連結部３４ｂと、前記位置調節部材３４ａと螺合されて前記位置調整モータ３４ｆの作動とともにべベルギヤ部３４ｇを通じて駆動力が伝達されて回転されて、前記位置調節部材３４ａを昇降させるスクリュー軸３４ｅと、から構成される。
【００２７】
また、前記間欠動作手段３５は、前記位置調節部材３４ａの一側に設置されたモータ３５ｂと、このモータ３５ｂによって回転される板状のドラム３５ａと、一端は前記ドラム３５ａの縁部にヒンジ連結され、他端は前記支え部材３３の長端部３３ｂにヒンジ連結されるアーム３５ｃと、から構成される。したがって、前記モータ３５ｂが駆動されてドラム３５ａが回転されると、偏心されたアーム３５ｃは上下方向に周期的に運動し、アーム３５ｃの下端に連結された支え部材３３が連結部３４ｂを中心に回動されることによって、支え部材３３の下端に設置された圧力ローラ３２が一定周期に上昇または下降しながら下側のストランドマット５０を間欠的に加圧するのである。
【００２８】
要するに、前記圧力ローラ３２はその下側に移送されるストランドマット５０の上面に間欠的な圧力を加えるように運動されるため、ストランドマット５０の内部に存在する空気を外部に排出させることができる。このように間欠的に圧力を加える理由は、ストランドマット５０に持続的に圧力を加えると、先に噴射された原液が前方にはみ出されながら後で噴射された原液と干渉を引き起こすおそれがあるからである。
【００２９】
このとき、加圧装置３０はストランドマット５０に適切な圧力を加えるように駆動されるが、その適切な圧力は、原液がストランドマット５０上にわずかに溜まる程度にするのが好適である。
【００３０】
このように構成された本発明による連続式ストランドマット入りのガラス繊維強化ポリウレタンフォームの製造装置の動作は次のようである。
【００３１】
ストランドマット５０の巻かれた巻取りローラ１３を基板１０の側壁１４に多数個設置し、電源を印加すると、第１コンベヤ１１によってストランドマット５０が移送される。前記第１コンベヤ１１によって移送されるストランドマット５０の層数はストランドマット５０がほどける巻取りローラ１３の数によって決定されるが、その数は必要に応じて調整可能であり、また、基板１０の下側に備えられた異形紙供給装置４０からは異形紙４１が供給されてストランドマット５０と基板１０の間に介在されて移送される。
【００３２】
下側に異形紙４１が供給されたストランドマット５０が原液噴射手段２０の下部を通過する間、原液噴射手段２０の上側に原液噴射手段２０からポリウレタン原液が噴射される。ポリウレタン原液は、ポリオール成分とイソシアネート成分を混合したものに反応触媒、添加剤、発泡剤などを添加してなる。
【００３３】
ポリウレタン原液に含浸されたストランドマット５０は、基板１０に形成された凹凸部１５を通過しながら上下方向に流動され、これによりポリウレタン原液はストランドマット５０の内部空気を排出させながらストランドマット５０の内部に完全に浸透される。その後、紙供給装置１６から紙１７が供給されてストランドマット５０の上面に被せられる。
【００３４】
紙１７の被せられたストランドマット５０が加圧装置３０の下側を通過すると、前記加圧装置３０は、前記ストランドマット５０を間欠的に加圧してストランドマット５０内に未だ残っている空気を外部に排出させる。
【００３５】
すなわち、位置調整モータ３４ｆが駆動されると、べベルギヤ部３４ｇを通じて動力が伝達されたスクリュー軸３４ｅが回転され、このスクリュー軸３４ｅの回転によって位置調節部材３４ａがガイド３４ｄの案内を受けて上下移動される。
【００３６】
これにより、移送されるストランドマット５０の厚さに基づいて支え部材３３の上下位置を変更することができ、ストランドマット５０を加圧する圧力も変更可能である。
【００３７】
また、位置調節部材３４ａの側部に設置されたモータ３５ｂが駆動されてドラム３５ａを回転させると、前記ドラム３５ａに偏心して取付けられたアーム３５ｃがドラム３５ａの回転にしたがって前記支え部材３３の長端部３３ｂを上下移動させるようになる。したがって、支え部材３３が位置調節部材３４ａとの連結部３４ｂを中心に揺動されながら圧力ローラ３２を回動させて、ストランドマット５０を間欠的に加圧することになる。これにより、ストランドマット５０内に残留している空気は殆ど排出され、前記圧力ローラ３２がストランドマット５０の上側を加圧するため、ポリウレタン原液の含浸されたストランドマット５０の上面が平坦になる。
【００３８】
また、間欠的に圧力を加えると、加圧装置３０が持続的にストランドマット５０に圧力を加える場合とは違って、先噴射された原液によって後噴射された原液が干渉を受けるおそれがなく、干渉から起因するポリウレタンフォームの不良も防止することができる。以上の過程を経たストランドマット５０内のポリウレタン原液は一定時間が経過すると発泡成形され、この際、ストランドマット５０の上面は平坦面をなすので、ポリウレタンフォームの表面が均一になり、引張強度および圧縮強度などの機械的物性値が比較的均一になる。
【００３９】
勿論、前記ストランドマット５０が加圧装置３０を通過する前にポリウレタン原液が発泡成形されてはいけなく、したがって、凹凸部１５の通過および加圧工程は短時間で済まなければならない。最終的に、発泡および成形によって形成されたガラス繊維強化ポリウレタンフォームは、完全に固まったのち製品として取り出される。
【００４０】
下記の表１は、ポリウレタン原液の成分と粘度、凹凸部を通過したか否か、加圧したか否かによる物性値の変化を比較した結果であって、ＨＣＦＣ−１４１ｂはジクロロモノフルオルメタンであり、ＣＳＭは連続式ストランドマット(Continuous Strand Mat)を意味する。
【００４１】
比較例１は、ポリウレタン原液としてポリオール、イソシアネート、ＨＣＦＣ−１４１ｂおよび水を、各々１００：１３０：７：０．３の重量比率で混ぜた場合であって、ポリオールの比較的低い粘度(７００CPS)によってストランドマットの含浸は容易であったが、１ＥＡ／Ｍ2程度の未含浸が間欠的に発生したり、ストランドマットの気泡状態は基準値をやや上回る結果を見せた。
【００４２】
また、水を発泡剤として１００％使用した比較例２では、粘度上昇によってストランドマットに原液がよく含浸されず、４〜５ＥＡ／Ｍ2の未含浸が発生したり、フォーム内部には数多くの気泡が発生した。
【００４３】
そして、比較例３は、ストランドマットの投入量を６重に減らしたにもかかわらず、比較例２と比べたとき、含浸状態および気泡状態にはあまり変わりがなかった。
【表１】
対する実施例１は、凹凸部１５だけを通過させた場合であって、ポリウレタン原液の噴射されたストランドマットが凹凸部１５を通過しながら上下方向に流動されてストランドマット内の空気が外部に排出された結果である。この場合は、ストランドマット内の空気中の一部が外部に排出されることから、ある程度含浸が改善されて製品ロス率が２７．２％に低減したが、満足できる水準には至らなかった。
【００４５】
そして、実施例２は、ポリウレタン原液の噴射されたストランドマットが基板１０上の凹凸部１５を通過した後に加圧装置３０によって持続的な圧力を受けてストランドマットの空気が排出された場合であって、実施例１に比べるとき、ストランドマット内部の空気層がさらに除去されて含浸効果が一層向上され、製品ロス率と未含浸数量は低減したものの、加圧装置３０の持続的な圧力によって前方にはみ出された原液が新たに噴射された原液と干渉を起こし、不良をきたす欠点があった。
【００４６】
また、実施例３は、ストランドマットを凹凸部１５に通過させるとともに、加圧装置３０が間欠的にストランドマットに圧力を加えるようにした場合であって、ストランドマットがポリウレタン原液に含浸された後、凹凸部１５を通過しながら上下方向に流動されて空気を排出し、加圧装置３０を通過しながら上面から間欠的な圧力を受けて残余空気を排出するようにしたため、先に吐出されたポリウレタン原液が加圧装置によって前方にはみ出されて後で吐出されたポリウレタン原液と干渉を起こす現象を防止することができる。その結果、物性値が比較的均一に分布され、製品のロス率が相当低減した。
【００４７】
【発明の効果】
以上の如く、本発明による連続式ストランドマット入りのガラス繊維強化ポリウレタンフォームの製造方法およびその装置は、凹凸部および加圧装置を利用してストランドマットの空気を排出させて未含浸部分の発生を防止することによって、断熱度および機械的強度を増大させ、気泡のない均一な表面および断面を形成することができる。したがって、引張強度および圧縮強度などの機械的物性が均一なポリウレタンフォームの形成が可能で、−１６５℃以下の超低温でも収縮、亀裂、捩れなどを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】 本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】 本発明によるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置を示す斜視図である。
【図４】 図３に示した製造装置の凹凸部を拡大した斜視図である。
【図５】 図３に示した製造装置の加圧装置を拡大した正面図である。
【図６】 図５の加圧装置の側面図である。
【符号の説明】
１０ 基板、１１ 第１コンベヤ、１１ａ コンベヤベルト、 １１ｂ 駆動ローラ、１２ 第２コンベヤ、１３ 巻取りローラ、１４ 側壁、１５ 凹凸部、１６ 紙供給装置、２０ 原液供給手段、３０ 加圧手段、３１ 支え台、３２ 加圧ローラ、３３ 支え部材、３４ 位置調節手段、３４ａ 位置調節部材、３４ｂ 連結部、３４ｃ スライダ、３４ｄ ガイド、３４ｅ スクリュー軸、３４ｆ 位置調整モータ、３４ｇ べベルギヤ部、３５ 間欠動作手段、３５ａ ドラム、３５ｂ モータ、３５ｃ アーム、４０ 異形紙供給装置、４１ 異形紙、５０ ストランドマット。
Claims (8)
- 複数の巻取り装置からストランドマットを連続的に供給し移送させる第１工程と、
連続的に移送されるストランドマットにポリウレタン原液を噴射する第２工程と、
ポリウレタン原液に含浸されたストランドマット内の空気を排出させる第３工程と、
空気の排出されたストランドマットの内外側でポリウレタン原液が発泡成形されるようにする第４工程と、を含み、
前記第３工程は、加圧ローラを上下方向に移動させて、ストランドマットの上側から間欠的に圧力を加えてストランドマットの内部空気が排出されるようにする過程を含むことを特徴とするストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法。 - 前記第３工程は、ポリウレタン原液に含浸されたストランドマットが上下流動されながら移送されるようにする過程を含むことを特徴とする請求項１に記載のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造方法。
- 基板と、前記基板の上側に位置してストランドマットが巻き取られている複数の巻取りローラと、前記基板に設けられて前記巻取りローラから供給される複数のストランドマットが積層されながら移送されるようにするコンベヤと、前記基板の上側に設けられて移送中のストランドマットにポリウレタン原液を噴射する原液噴射手段と、を含めて構成されるストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置において、
前記原液噴射手段から所定距離離隔された後方にストランドマット内の空気を排出させる空気除去手段が備えられ、
前記空気除去手段は、ストランドマットに間欠的に密着されて回転されながらストランドマット内の空気を排出させる加圧手段を含み、
前記加圧手段は、前記ストランドマットに間欠的に密着されながら回転されてストランドマット内の空気を排出させる圧力ローラと、前記圧力ローラを回転可能に支持する支え部材と、前記支え部材に連結されて前記支え部材を上下移動させる位置調整装置と、前記支え部材を揺動させて前記圧力ローラがストランドマットに圧着されるか、ストランドマットから離れるようにする間欠動作装置と、から構成されることを特徴とするストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置。 - 前記空気除去手段は、ストランドマットが移送されながら上下に流動されるように前記基板上に形成された凹凸部を含むことを特徴とする請求項３記載のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置。
- 前記位置調節装置は、前記基板に設置された支え台の上側に設置されたモータと、前記モータによって上下移動される位置調節部材と、前記位置調節部材の下側に設置され、前記支え部材の折曲部に連結される複数の連結部と、前記位置調節部材に螺合され得るように外周面にねじ山が形成され、前記位置調整モータにべベルギヤ部を通じて連結されるスクリュー軸と、から構成されることを特徴とする請求項３記載のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置。
- 前記位置調節部材は、側部にスライダが形成されて前記支え台の下側に設置されたガイドに沿って上下移動可能に設置されることを特徴とする請求項５記載のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置。
- 前記間欠動作装置は、前記位置調節部材の一側に設置されたモータと、前記モータによって回転される板状のドラムと、一端は前記ドラムの縁部にヒンジ連結され、他端は前記支え部材にヒンジ連結されるアームと、から構成されることを特徴とする請求項３記載のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置。
- 前記支え部材は、断面が‘┐’ 形状に形成されて短端部に前記圧力ローラが回転可能に結合され、長端部には前記間欠動作装置がヒンジ連結されることを特徴とする請求項３記載のストランドマット入りのポリウレタンフォームの製造装置。
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