JP3987768B2 - ストランドマットの嵩増大装置 - 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の製造に使用されるストランドマットの嵩を増大させる工程を付け加えてストランドマットがポリウレタンフォームの内部に均一に分布されるようにすることによって、製品損失を低減し、生産性の向上を図っ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ストランドマットの嵩増大装置に関する。
【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り、この使用範囲を外れると諸問題につながる。
【０００５】
すなわち、ポリエステル接着剤の量が多すぎると、ガラス繊維フィラメント間を連結する接着剤の強度が増加し、ポリウレタン原液が発泡するに際して各マット間の解離が難しくなるため、ストランドマットの均一な分散が行われず、良質のポリウレタンフォームを得ることができなくなる。また、ポリエステル接着剤の量が少なすぎると、ガラス繊維フィラメント間の結合が不充分となって長繊維マットの形状を保持し難くなる。
【０００６】
したがって、ストランドマット入りのポリウレタンフォームを製造するにおいては、ストランドマットの均一な含浸と分散を通じて製品の上下間密度、引張強度、圧縮強度などの偏差を減らして均一な品質を確保することによって、ポリウレタンフォーム内で起こり得るクラックなどの品質欠陥を低減させる必要がある。
【０００７】
しかし、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では、ガラス繊維間の堅固な接着力が保持された状態のままストランドマットが供給されてポリウレタン原液に含浸されるため、ストランドマットを構成するガラス繊維の間にポリウレタン原液が均一に染み込み難かった。したがって、このように生成されたポリウレタンフォーム内には空気層が存在することになり、製品の強度および保冷効果が劣化する問題点があった。
【０００８】
しかも、従来のようにポリウレタンフォーム内にストランドが均一に分散されないと、部分的に機械的強度および断熱効果が劣るため、超低温状態で収縮、亀裂、捩れなどが生じるとか、外部衝撃によって割れ易くなるとかの問題が起こってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、ストランドマットにポリウレタン原液を噴射するに先立って、ストランドマットの嵩を増大させてストランドマットをなすガラス繊維フィラメント間の結束力を弱化させ、ストランドマットにポリウレタン原液が均一に染み込むようにするとともにポリウレタンフォームの内部にストランドマットが均一に分散されるようにすることによって、−１６５℃以下の超低温状態でもポリウレタンフォームに収縮、亀裂、捩れなどが生じなくようにし、且つ、耐衝撃性も向上されるよう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ストランドマットの嵩増大装置を提供することにその目的がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するべく本発明における参考態様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、複数の巻取り装置を利用してストランドマットを連続的に供給しながらストランドマットにポリウレタン原液を噴射する工程と、ストランドマットの含浸されたポリウレタン原液を発泡成形されるようにする工程とからな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において、前記ストランドマットにポリウレタン原液が噴射される前に、前記ストランドマットを構成するガラス繊維間の接着力を弱化させてストランドマットの嵩を増大させる嵩増大工程がさらに行われることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるストランドマット嵩増大装置は、ガラス繊維からなるストランドマットが巻き取られている第１ローラと、複数の圧着ローラから構成されて第１ローラから供給されたストランドマットに圧力を加えガラス繊維間の接着力を弱化させることによってストランドマットの嵩を増大させる嵩増大手段と、前記嵩増大手段を通過したストランドマットが巻き取られる第２ローラと、前記第１ローラ、第２ローラ、および嵩増大手段が設置された基板と、から構成されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
本発明における参考態様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、図２に示すように、ストランドマットを構成するガラス繊維間の接着力を弱化させて嵩を増大させる工程と、嵩の増大されたストランドマットが巻き取られた複数の巻取りローラからストランドマットを連続的に供給し移送する工程と、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工程と、ストランドマットの含浸されたポリウレタン原液を発泡成形せしめる工程と、完成された製品を取り出す工程と、から構成される。
【００１４】
ストランドマットの嵩を増大させる段階で使用される本発明のストランドマットの嵩増大装置は、図３ないし図５に示すように、ガラス繊維からなるストランドマット１が巻き取られている第１ローラ６と、複数の圧着ローラ１１，１２，１３から構成され、これら圧着ローラ間を通過するストランドマット１に圧力を加えてガラス繊維間の接着力を弱化させることによってストランドマット１の嵩を増大させる嵩増大手段１０と、前記嵩増大手段１０を通過しながら嵩の増大されたストランドマット１が巻き取られる第２ローラ４と、前記第１ローラ６および第２ローラ４を適切な速度で各々回転させるステップモータ８と、前記第１ローラ６および第２ローラ４並びに嵩増大手段１０が取付けられているベース板２と、から構成される。
【００１５】
前記嵩増大手段１０は、複数個の歯(Ｔ)のついた圧着ローラが所定間隔をおいて歯合されるように設置されて一つの組となるが、本実施例では三つの圧着ローラ１１，１２，１３が一つの組を成している。
【００１６】
図４は、ストランドマット１が嵩増大手段１０を通過しながら嵩が増大される様子を示すものであって、ストランドマット１のガラス繊維フィラメント１’同士を比較的堅固に接着させている接着剤１”が圧着ローラ１１，１２，１３の間を通過しながら破れてガラス繊維フィラメント１’の結合が緩み、ストランドマット１の嵩が増大することになる。
【００１７】
図５は嵩増大手段１０の左側面を示す図であって、嵩増大手段１０の圧着ローラは、ステップモータ４０によって同一の速度で回転される駆動ローラ１２，１３と前記駆動ローラ１２，１３の上側に上下移動自在に設けられた間隔調節ローラ１１とから構成される。前記駆動ローラ１２，１３はベース板２の側面に立設された支え台３０に回転可能に設けられ、電動ベルト３１によって互いに連結される。また、前記駆動ローラ１２，１３の上側に位置した間隔調節ローラ１１は、その軸１１ａが前記支え台３０に上下移動可能に設けられたスライダ２２に回転自在に嵌められる。
【００１８】
このとき、前記スライダ２２はピストンロッド２１に連結されており、前記支え台３０の上側に設置された油圧シリンダ２０が作動すると、ピストンロッド２１が昇降されるとともにスライダ２２および間隔調節ローラ１１が昇降され、これにより圧着ローラ１１，１２，１３間の間隔が調節されるのである。このように駆動ローラ１２，１３と間隔調節ローラ１１との間隔を調節することによって前記圧着ローラ１１，１２，１３の間を通過するストランドマット１の嵩増大量を調節することができる。
【００１９】
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、まず、図３に示したストランドマット嵩増大装置を利用してストランドマットの嵩を増大させた後、図６に示したポリウレタンフォーム製造装置を利用してポリウレタンフォームを製造することからなる。
【００２０】
通常、ストランドマット１は巻取りローラに巻かれて供給されるところ、ストランドマット１の巻き取られた第１ローラ６を嵩増大装置に位置させ、ストランドマット１を供給し嵩増大手段１０を通過させた後、第２ローラ４に巻き取られるようにする。つまり、ステップモータ８が駆動されると、第１ローラ６および第２ローラ４が回転し、ストランドマット１が第１ローラ６からほどけながら嵩増大手段１０の圧着ローラ１１，１２，１３の間を通過し第２ローラ４に巻き取られる。
【００２１】
ストランドマット１が嵩増大手段１０を通過する間、前記嵩増大手段１０の駆動ローラ１２，１３ および間隔調節ローラ１１についた歯(Ｔ)がストランドマット１を構成するガラス繊維フィラメント１’に圧力を加えることにより、ガラス繊維フィラメント１’同士間を接着させている接着剤１”が壊れる。これにより、ガラス繊維フィラメント１’間の結合力は弱くなり、結果として嵩増大手段１０を通過したストランドマット１の嵩は増加するのである。
【００２２】
このとき、前記嵩増大手段１０を構成する駆動ローラ１２，１３および間隔調節ローラ１１間の間隔は油圧シリンダ２０の作動によって調節され、このような圧着ローラの間隔調節によって、壊れる接着剤の量が変わり嵩増大手段１０を通過したストランドマット１の嵩が異なってくる。ここで、前記嵩増大手段１０の圧着ローラ間の間隔はストランドマット１を構成するガラス繊維フィラメント１’が損傷されない範囲内で調節されることは勿論で、ストランドマット１の厚さに基づいて圧着ローラ間の間隔を調節することも当然である。嵩の増大されたストランドマット１が第２ローラ４に充分に巻かれると、第２ローラ４をポリウレタンフォーム製造装置に設置してポリウレタンフォームの成形に入る。
【００２３】
ポリウレタンフォーム製造装置は、図６に示すように、基板１２０と、前記基板１２０の両側面に立設された側壁１２４に回転可能に設置された複数の第２ローラ４と、前記基板１２０の前方に設置されて前記第２ローラから供給されたストランドマットを移送する第１コンベヤ１２１と、前記第１コンベヤ１２１によって移送されたストランドマット１にポリウレタン原液を噴射する原液供給装置１２５と、前記基板１２０の後方に設置されてポリウレタン原液が噴射されたストランドマットを引っ張り移送する第２コンベヤ１２２と、を含めて構成される。
【００２４】
前記第１コンベヤ１２１および第２コンベヤ１２２は、一定間隔をおいて設置された駆動ローラ１２１ｂ，１２２ｂと、これら駆動ローラ１２１ｂ，１２２ｂによって回転されて上側に載せられたストランドマットを移送するコンベヤベルト１２１ａ，１２２ａから構成される。
【００２５】
また、第１コンベヤ１２１の後端から所定距離離隔された基板１２０の位置には垂直方向に通路１２０ａが形成され、基板１２０の下方には異形紙供給装置１２８が設置されて前記通路１２０ａを通じて異形紙１２９が供給される。また、前記異形紙供給装置１２８の異形紙出口部分には上下両側に各々ガイドローラ１２７が設けられて、供給される異形紙１２９が皺まないように異形紙１２９の供給を案内する。
【００２６】
図６のポリウレタンフォーム製造装置の動作を説明すると次のようである。
【００２７】
図３に示した嵩増大装置によって嵩の増大されたストランドマットが巻かれた多数の第２ローラ４からストランドマット１を順次的に供給し積層させる。第２ローラ４から供給されて積層されたストランドマット１は、第１コンベヤ１２１によって基板１２０に沿って移送される。ストランドマット１が移送される間、異形紙供給装置１２８からは異形紙１２９が供給されてストランドマット１の下部に位置し、原液供給装置１２５の下部には必要な個数分だけ積層されたストランドマット１と前記供給された異形紙１２９が同時に移送されるようになる。
【００２８】
ストランドマット１と異形紙１２９が移送される途中に原液供給装置１２５からポリウレタン原液が噴射され、該ポリウレタン原液がストランドマット１の内部に浸透する。このとき、ポリウレタン原液はストランドマット１の最上層より高い位置まで噴射されるため、ストランドマット１がポリウレタン原液に含浸された状態となるのである。また、前記ストランドマット１の下部に位置した異形紙１２９は、ポリウレタン原液が噴射されるときそれが基板１２０の上面に直接当たらないようにするとともに、ポリウレタン原液が発泡成形されてポリウレタンフォームとなる場合、ポリウレタンフォームと一体化されてポリウレタンフォームの一面を包装する。
【００２９】
ストランドマット１に噴射されたポリウレタン原液は、約３０〜８０秒の時間が経過すると化学反応を通じて発泡成形され、嵩の増大されたストランドマット１にポリウレタン原液が充分に浸透された状態で発泡成形されるため、製品内部のストランドマット１の分布が均一なポリウレタンフォームが得られる。
【００３０】
以上の説明の如く、本発明は、ポリウレタンフォームの機械的強度および超低温安定性を増大するためにガラス繊維補強材を投入するにおいて、ガラス繊維の分布度を改善し、機械的強度および物性値の偏差と分布度不良に起因するロスを低減することによって生産性増大を図っている。かかる分布度改善の効果は実験から立証されたし、これを表１に表した。
【００３１】
前記実験結果は、ポリウレタン原液の成分および嵩増大部を通過させる回数を変化させながら実験した結果である。表１において、ＣＳＭは連続式ストランドマット(Continuous Strand Mat)を意味する。
【００３２】
比較例１および比較例２は、本発明による嵩増大装置を通過させなかった７重のストランドマットに、ポリオール、イソシアネートおよび発泡剤の重量比を各々１００：１１０：０．９および１００：１３０：０．９２にして組成されたポリウレタン原液を噴射して発泡成形したポリウレタンフォームに関するものであって、ストランドマットの分布状態が不均一であって基準から外れたり、製品上下層の密度差も７ｋｇ／ｍ3 以上であった。また、圧縮強度は０．０９４ｋｇ／ｃｍ2以上であったり、常温における引張強度は０．０７７ｋｇ／ｃｍ2以上の偏差を表すなど物性の偏差が大きかった。
【００３３】
一方、実施例１は、本発明による嵩増大装置にストランドマットを１回通過させた後にポリウレタンフォームを製造した場合であって、全体的に基準平均物性値が満足すべき結果を見せた。また、上下層の密度差が４ｋｇ／ｍ3と低減されたし、圧縮強度および常温における引張強度偏差も各々０．０７７ｋｇ／ｃｍ2、０．０６３ｋｇ／ｃｍ2と低減されてほぼ均一な物性値を表した。特に、低温(−１７０℃)における引張強度偏差は０．０５１ｋｇ／ｃｍ2であって、製品の物性が略均一になったことがわかる。
【００３４】
実施例２は、本発明による嵩増大装置にストランドマットを２回通過させた後にポリウレタンフォームを製造した場合であって、圧縮強度および常温における引張強度偏差が各々０．０７５ｋｇ／ｃｍ2、０．０６１ｋｇ／ｃｍ2と表れ、実施例１に比べてさらに減少されたことがわかる。勿論、低温(−１７０℃)における引張強度偏差も０．０４７ｋｇ／ｃｍ2であって実施例１よりも低減したことがわかる。
【表１】
Figure 0003987768
【００３５】
【発明の効果】
以上の如く、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およびストランドマット嵩増大装置によれば、ストランドマットをポリウレタン原液に含浸させる前に、ストランドマットを構成するガラス繊維間の結合力を弱化させてポリウレタン原液がストランドマットの各部で充分に拡散されるようにするため、ポリウレタンフォーム内部にストランドマットが均一に分布され、−１６５℃以下の超低温状態でも収縮、亀裂、捩れなどが生じなく、耐衝撃性も向上された断熱材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来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】 本発明における参考態様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の嵩増大装置を示す斜視図である。
【図４】 図３に示した嵩増大手段の動作状態を表す図である。
【図５】 図３に示した嵩増大手段の左側面図である。
【図６】 ストランドマット入りのポリウレタンフォーム製造装置の斜視図である。
【符号の説明】
１ ストランドマット、２ ベース板、４ 第２ローラ、６ 第１ローラ、８ ステップモータ、１０ 嵩増大手段、１１ 間隔調節ローラ、１２，１３ 駆動ローラ、２０ 油圧シリンダ、２１ ピストンロッド、２２ スライダ、３０ 支え台、１２０ 基板、１２１ 第１コンベヤ、１２２ 第２コンベヤ、１２４ 側壁、１２５ 原液供給装置、１２７ ガイドローラ、１２８ 異形紙供給装置、１２９ 異形紙。

Claims (2)

  1. ポリウレタンフォームの製造に使用されるガラス繊維からなるストランドマットが巻き取られている第１ローラと、
    前記第１ローラから供給されるストランドマットに圧力を加えてガラス繊維同士間の接着力を弱化させることによってストランドマットの嵩を増大させる嵩増大手段と、
    前記嵩増大手段を通過したストランドマットが巻き取られる第２ローラと、を含めて構成されるストランドマットの嵩増大装置において、
    前記嵩増大手段は、前記第１ローラから供給されるストランドマットが圧縮されながら通過されるようにする複数個の圧着ローラから構成され、
    前記圧着ローラは、モータによって回転される二個の駆動ローラと、前記駆動ローラの上側に上下移動可能に設置された一個の間隔調節ローラと、から構成され、
    前記間隔調節ローラは、前記駆動ローラの設置された支え台に上下移動可能に設置されたスライダに回転自在に設置され、前記スライダは前記支え台の上側に設置された油圧シリンダによって昇降されることを特徴とするストランドマットの嵩増大装置。
  2. 前記圧着ローラには歯が形成されていることを特徴とする請求項１記載のストランドマットの嵩増大装置。
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