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記載のストランドマットの嵩増大装置。
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