JP4159763B2 - 熱硬化性樹脂成形材料の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂成形材料を溶融、混練した後に連続的に造粒して粒状の成形材料を製造する方法およびその装置に関するものであり、特に、工程間移送時および製造後に微粉の発生が少ない熱硬化性樹脂成形材料を製造するのに好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱硬化性樹脂成形材料は、熱硬化性樹脂、基材、硬化剤などの原料を配合後、混合、混練し、これを冷却後粉砕することにより成形材料化するのが一般的である。しかし、この粉砕時などに発生する微粉は、歩留りの低下、微粉回収に伴う工程の煩雑化、あるいは作業環境の悪化など多くの問題があり、このため最近では単純粉砕による粒子化ではなく、造粒設備を使用した微粉発生の極めて少ない材料化手法が注目されている。
【０００３】
このような造粒方法には種々の手法があるが、混練ロールから供給されたシート状材料をさらにその後の造粒化に適した厚みに段階的に圧延加工し、これに所定幅の麺状加工あるいは凹凸加工を施し、次いで所定長さに裁断した後、この成形材料をそれまでの移送方向に対して直角方向に移送しつつ、連続的に所定幅に切断あるいは切込み加工をする手法は、簡易な設備で成形材料の造粒化を行える有用な方法である。
【０００４】
しかし、この場合に圧延工程において用いられるロールの形状は、従来はロールと被圧延材料との接触面が直線であり、ロール形状が円柱状のものであった。通常、圧延加工を行った場合は、圧延前後の厚み比が大きくなることに伴って材料面積が増大するが、このような円柱形状のロールを用いた場合は、被圧延材料はロールによる応力を受けた際、巾方向の周辺部位においてはその外側へ若干拡大する現象が認められるものの、そのほとんどは材料の流れ方向に拡大する。従って、処理を連続的に行うためには、圧延による厚み減少にほぼ反比例した処理後の材料搬送速度の増加が必要になる。この結果、後工程側では設備負荷が大きくなったり、造粒化装置などへの投入がスムーズに出来なくなるといった問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、圧延加工時に成形材料を幅方向にも圧延できる圧延ロールを用いることにより、圧延後の成形材料の搬送および造粒化を効率的に行い、かつ微粉の発生が極めて少ない成形材料を得ることができる製造方法およびその製造装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１）熱硬化性樹脂成形材料の製造方法において、
［１］溶融混練状態の成形材料をシート状で供給し、
［２］相対するロール面間距離が一定で、かつ、ロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い圧延ロールで圧延し、
［３］所定幅の麺状に加工するか又は所定間隔の切り込みを有する凹凸シート状に加工し、
［４］次工程の切断又は切り込み処理が可能な長さに裁断し、
［５］成形材料の移送方向を前記［４］工程に対して直角方向に変更して成形材料をこの裁断方向と平行に移送し、
［６］前記［５］工程の移送方向に対して平行に所定幅に切断するかあるいは切込みを入れる
ことを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料の製造方法、
（２）熱硬化性樹脂成形材料の製造装置であって、
［１］成形材料を溶融混練してシート状で供給する混練ロール、
［２］相対するロール面間距離が一定で、かつ、ロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い圧延ロール、
［３］所定幅の麺状に加工するか又は所定間隔の切り込みを有する凹凸シート状に加工するためのスリッターまたは溝切りロール、
［４］次工程の切断又は切り込み処理が可能な長さに裁断する裁断機、
［５］成形材料の移送方向を直角方向に変更して移送するための方向転換装置および成形材料をその方向に移送する移送装置、
［６］前記移送装置の移送方向に対して平行に所定幅に切断するかあるいは切込みを入れるためのスリッター又は溝切りロール、
を有することを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料の製造装置、
である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、まず熱硬化性樹脂成形材料を混練ロール、単軸押出機、二軸混練押出機、遊星混練押出機、コニーダ等の一般的な混練装置で溶融混練し、次工程の加工に必要な軟らかさを保ちながら最終の粒子形状に相当する厚みに圧延ロールで圧延する。この工程により成形材料を緻密化し、後工程の麺状加工あるいは凹凸加工時の安定性を高め、加工時に受ける衝撃や摩擦等によってもその形状が崩れ難く、微粉の発生が少ない粒状の成形材料が得られる。
【０００８】
通常、一定寸法形状（巾＝Ｘとする）で圧延ロール間に投入された材料を、円柱形状の圧延ロールを用いて厚みを（１／ａ）倍（ここでａ＞１）に加工する場合、圧延処理後の材料の滞留をなくすためには、処理後の材料搬送速度を処理前の約ａ倍に増速する必要がある。これは、一定幅Ｘで供給された材料に対して、圧延ロールからの応力が作用する部位の長さがＸとほぼ等しいため、材料は幅方向にはわずかにしか圧延されず、そのほとんどが流れ方向への圧延となり、これが排出速度の増加となるためである。
【０００９】
本発明で用いられる圧延ロールは、ある幅Ｘで投入された材料に対して、応力が作用する長さ（軸方向外周長さ）をＸより長くなるような形状としたものである。すなわち、相対するロール面は全ての部位において一定のクリアランス（目的とする圧延後の材料厚みの相当する）を有し、かつ、ロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い形状を有する。これにより、圧延時には材料を流れ方向だけでなく幅方向へも圧延して寸法拡大させるので、圧延後の材料形状や処理後の材料搬送速度を任意に選定できる。例えば、圧延ロールにより前記材料厚みを（１／ａ）倍に加工する場合、投入された材料の幅Ｘに対して、これに応力が作用する長さをｂＸ（ここでｂ＞１）とすると、圧延処理後の材料は幅方向にｂ倍拡大し、流れ方向には（ａ／ｂ）倍に拡大する。すなわち、処理後の材料搬送速度は（ａ／ｂ）倍となる。従って、従来の円柱形状の圧延ロールを使用した場合と比較すると、これらのａ、ｂの値を任意に設定することにより、目的に応じた自由度の大きい設備設計が可能になる。
【００１０】
本発明で用いられる圧延ロールの形状は特に限定しないが、圧延ロールへの材料の挿入、排出をスムーズに行うことができ、圧延処理中の材料の裂けなどが起こりにくい形状にすることが好ましい。一例を挙げると、緩やかな曲線で描かれた三角形状を交互に組み合わせた図１で示したような形状である。この形状の場合、三角形の高さに相当するｓ、曲線の山〜山間距離であるｔを任意に選定することにより、材料に応力が作用する長さを設定できる。例えば、ｄ＝２００ｍｍ、ロールの最大径Ｒ＝１６０ｍｍ、ロールの最小径ｒ＝９０ｍｍ、ｓ＝３５ｍｍ、ｔ＝４０ｍｍとした場合、ロール表面の軸方向外周長さはおよそ４００ｍｍとなり、軸長に対して約２倍となる。なお、通常、ロールの軸に対する直交方向の断面は、幅方向のどの部位においても軸を中心とした真円である形状のものが用いられる。
【００１１】
本発明で用いられる圧延ロールで処理後の材料は、原理上圧延ロールの表面形状と同一の形状にて排出されることになる。従って、処理前の材料は平板状であっても、例えば図１に示した形状の圧延ロールを用いた場合は、処理後には波板形状になる。圧延後の次工程への投入時に材料が平板化していることを必要とする場合は、圧延後にロールなどを設置して平板化してもよい。また、用いる材料の性状や圧延時の温度設定によっては、圧延後の材料がまだ柔らかくそのまま材料の自重により平板化させることもできるので、次工程の設備にこれに適応した幅寸法を設ければよい。
【００１２】
本発明で用いられる圧延ロールの使用に際しては、これを２対以上用いることもできる。特に、処理前の材料厚みと目標とする材料厚みの差が大きい場合は、多段階の圧延処理工程を経るのが好ましい。また、本発明の圧延ロールと、従来の円柱形状を有した圧延ロール、あるいは材料の幅方向端部が厚みが薄くなることを抑えるために、この材料端部に相当する位置からロール端に向かって徐々に径が小さくなる（ロール間隙が大きくなる）ロールとの併用などを行うこともできる。このような圧延ロールの組合せについては特に限定せず、材料の圧延比や材料の性状、あるいは目的とする設備設計に合わせて適宜選定すればよい。
【００１３】
本発明で用いられる圧延ロールは、温調機構を有したものであることが好ましい。圧延加工時のロール設定温度は、特に温度感応性が高い材料を処理する場合には重要であり、材料を圧延可能な粘度で処理するとともに、圧延時の発熱等による影響や、次工程における材料冷却操作時のハンドリング性なども併せて考慮の上、処理時の温度が設定される。このような温度設定は、多段処理の場合は段階によって異なることも想定されるため、各々の圧延工程における最適な温度設定が可能であることが好ましい。温調の方法としては特に限定しないが、熱媒として蒸気、温水、熱媒油などを用い、材料の処理による温度変化を小さく抑えられるような熱容量を有するものが好ましい。
【００１４】
本発明で用いられる圧延ロールの材質については特に限定せず、被圧延材料の性状に合わせて選定すればよい。一般的には、圧延時に受ける材料からの反力により変形しない強度、材料中に含まれている基材等により容易に摩耗しないような硬度を有し、さらには前記温調機構による制御を高精度化するために良好な熱伝導性を示す金属製のものが適しており、腐食性なども考慮するとステンレス製のものを用いることが好ましい。
【００１５】
圧延加工後の成形材料は、続いて、最終の粒子径に相当する長さを有する麺状あるいは切り込みを有する凹凸シート状に加工する。この処理を行った後の成形材料の形状は、好ましくは麺状であるが、後工程または工程間移送時に容易に分離することができれば、成形材料の取り扱いが容易な凹凸シート状でもよい。
次いで、この麺状あるいは凹凸シート状に加工された成形材料を次工程の切断または切り込み処理が可能な所定の長さに裁断した後、移送方向を直角方向に変えて成形材料を裁断方向と平行に移送し、この移送方向と平行に最終の粒子径に相当する幅に切断あるいは切込みを入れる。この場合についても、切断が好ましいが、後工程で容易に粒状化することができれば、凹凸シート状でもよい。凹凸シート状に加工した場合は、この後解砕して粒状化する。このようにして、微粉の発生が少ない所望の粒径を有する成形材料を得ることができる。なお、これらの加工に際しては、スリッターや溝切りロールが用いられるが、いずれも成形材料の付着を防止する為のスクレイパーを備えたものが好ましい。
【００１６】
溝切りロールを使用する場合、溝の断面形状は特に限定せず、成形材料の性状、加工後の成形材料の形状にあわせて四角形、半円形などに加工したものから選択して使用すればよい。溝切りロールの例を図２に示す。このような溝加工を行ったものを対にして使用してもよいし、片側にはフラット面を有するロールを用いてもよい。溝切りロールを対にして用いる場合は処理能力を大きくすることができ、片側にフラット面を有するロールを用いた場合は、溝切りロールやスクレイパーの管理が比較的容易になる。また、スリッターを使用する場合もその仕様については特に限定しないが、通常は回転刃が用いられ、この場合も回転刃同志を組み合わせて使用してもよいし、片側にはフラット面を有するロールを用いてもよい。
前記の溝切りロールあるいはスリッターについては、成形材料を加工に適した柔らかさに保持するために、温調機構を有したものがよい。また、これらの材質についても特に限定せず、被圧延材料の性状や処理条件に合わせて選定すればよい。温調機構や材質についての好ましい選択としては、前記圧延ロールと基本的に同じである。
【００１７】
本発明におけるもう一つの特徴は、成形材料をこれらの加工処理に適した温度に保持した状態で、前記スリッターや溝切りロールにより加工を施すことにある。かかる条件で行うことにより、成形材料の加工面、すなわち造粒化後の成形材料粒子表面が滑らかになり、工程内において成形材料が受ける衝撃、振動、摩擦による粒子の崩壊が起こりにくく、摩耗粉が発生しにくいという利点をもつ。この結果、成形材料化した場合の微粉発生を少なく抑えることができる。
【００１８】
本発明で用いられる成形材料については特に限定せず、一般的な熱硬化性樹脂成形材料であれば本発明の製造方法および製造装置を適用することができる。通常、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂などが用いられ、これに有機基材もしくは無機基材が配合されるのが一般的である。有機基材としては、木粉、パルプ、織物繊維、熱硬化性樹脂硬化物粉砕物などがあり、無機基材としては、ガラス繊維、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、シリカ等が挙げられる。このほか、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤、離型剤、顔料などが配合される。
【００１９】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図３は本発明に用いる造粒装置の一具体例を概略斜視図で示すものである。各工程において使用される設備は、成形材料の所望の粒径、配合処方、揮発分量、各処理時の温度、装置の目標処理能力等に応じて適宜選択すれば良い。
【００２０】
溶融状態の熱硬化性樹脂成形材料１ａを、圧延ロール２で所定厚みに圧延し、シート状成形材料１ｂを得る。このとき、２のようなロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い形状の圧延ロールを使用することにより、成形材料を幅方向にも圧延することができる。通常、圧延ロール２は圧延された成形材料１ｂを強制的にロールから剥がす為のスクレイパー（図示せず）を備えている。
続いて溝切りロール３で所定間隔の切り込みを有する凹凸シート状に加工する。通常、溝切りロール３は、凹凸シート状に加工された成形材料１ｃを強制的に溝切りロール３から剥がす為のスクレイパー（図示せず）を備えている。
次に、凹凸シート状に加工した成形材料１ｃを、裁断機４により次工程の切断又は切り込み処理が可能な長さに裁断し、方向転換機５により移送方向を直角方向に変更する。次いで、溝切りロール６に導入し、この移送方向と平行に切込みを入れることによって後工程で容易に粒状に分離する凹凸シート状物１ｄを得る。通常溝切りロール６は、成形材料を強制的にこの溝切りロール６から剥がす為のスクレイパー（図示せず）を備えている。
凹凸シート状物１ｄは、このあと簡単な処理により造粒化されることにより、目的とする粒状の成形材料を得ることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例ではフェノール樹脂成形材料を用い、１段階の圧延処理を行ったのち造粒化を実施したが、材料の選定、設備の構成など、特にこれに限定されるものではない。
【００２２】
（１）成形材料の配合
成形材料全体に対して、ノボラック型フェノール樹脂（秋田住友ベークライト製「Ａ−１０８２」）４３重量％、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを７重量％、有機基材として木粉（１００メッシュ通過品）を３１重量％、無機基材としてクレー（土屋カオリン工業製 「ＮＮカオリンクレー」）１５重量％、硬化助剤として水酸化カルシウムを２重量％、離型剤としてステアリン酸を１重量％、顔料としてカーボンブラックを１重量％を配合し、二軸押出機で予備混練した。
【００２３】
（２）成形材料の混練
前記の予備混練後の材料を９０℃の加熱ロールにより６分間混練し、幅１８０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍのシート状成形材料を得た。
【００２４】
（３）成形材料の圧延
圧延ロールとして、図１において、ｄ＝２００ｍｍ、Ｒ＝１６０ｍｍ、ｒ＝９０ｍｍ、ｓ＝３５ｍｍ、ｔ＝４０ｍｍ、ロール面間のクリアランスを１．５ｍｍとしたものを１対使用した。なお、圧延ロールは温調機構を有したものを使用し、温度は８０℃に設定した。
ロールにて混練済みの前記成形材料をこの圧延ロールで処理したところ、厚み１．５ｍｍ、平均幅３６０ｍｍになり、圧延ロール処理後における材料の滞留がなく、処理前と同じ搬送速度で処理することができた。また、処理直後の成形材料は波形形状を有していたが、自重によりすぐ平板化した。
【００２５】
（４）麺状加工
溝切りロールとして、図２に示す溝断面形状を有し、溝間ピッチが２ｍｍであるものを２本（幅４００ｍｍ、ロール間隙０ｍｍ）を使用し、この間に前記圧延後の成形材料を連続的に通して麺状に加工した。溝切りロールは８０℃に設定した。さらにこの麺状に加工された成形材料を、長さ３６０ｍｍに裁断機にて裁断した後、方向転換機により移送方向を直角方向に変更し、前記溝切りロールと同じ仕様の溝切りロール２本の間を通し、粒状のフェノール樹脂成形材料を製造した。
【００２６】
（５）製品化
得られた粒状の成形材料を自転式小型混合機で１５分処理後、振動篩機で篩分して粒度分布を確認したところ、１〜２ｍｍの粒径のものが９５％であり、かつ１８０μｍ以下の微粉の発生は認められなかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、熱硬化性樹脂成形材料の製造方法であって、溶融混練状態の成形材料をシート状で供給し、相対するロール面間距離が一定で、かつ、ロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い圧延ロールで圧延し、所定幅の麺状に加工するか又は所定間隔の切り込みを有する凹凸シート状に加工し造粒化する製造装置およびその製造方法であり、圧延後の材料を流れ方向だけでなく幅方向にも圧延できるので、効率的な造粒化を行うことができる。また、従来の生産方式では多量に発生していた微粉の発生を大きく低減することができ、成形材料の造粒化を長時間安定して行うことができるので、歩留りや環境衛生面においても好ましい。さらに、用いられる設備についてもシンプルでコンパクトであるので、設備投資を安価に抑えることができる。従って本発明は、工業的な成形材料の造粒品の製造方法および製造装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例で用いた圧延ロールであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図２】 本発明の実施例で用いた製麺ロールであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図３】 本発明の製造装置（一例）の概略図。
【符号の説明】
１ａ 溶融、混練直後の熱硬化性樹脂成形材料
１ｂ 圧延ロールによって所定の厚みに圧延された熱硬化性樹脂成形材料
１ｃ 幅方向に凹凸シート状に加工された熱硬化性樹脂成形材料
１ｄ 幅方向および長さ方向に凹凸シート状に加工された熱硬化性樹脂成形材料
２ 圧延ロール
３ 溝切りロール
４ 裁断機
５ 方向転換機
６ 溝切りロール

Claims (2)

1. 熱硬化性樹脂成形材料の製造方法において、
   ［１］溶融混練状態の成形材料をシート状で供給し、
   ［２］相対するロール面間距離が一定で、かつ、ロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い圧延ロールで圧延し、
   ［３］所定幅の麺状に加工するかまたは所定間隔の切り込みを有する凹凸シート状に加工し、
   ［４］次工程の切断又は切り込み処理が可能な長さに裁断し、
   ［５］成形材料の移送方向を前記［４］工程に対して直角方向に変更して成形材料をこの裁断方向と平行に移送し、
   ［６］前記［５］工程の移送方向に対して平行に所定幅に切断するかあるいは切込みを入れる
   ことを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料の製造方法。
2. 熱硬化性樹脂成形材料の製造装置であって、
   ［１］成形材料を溶融混練してシート状で供給する混練ロール、
   ［２］相対するロール面間距離が一定で、かつ、ロール表面の軸方向外周長さがその軸長より長い圧延ロール、
   ［３］所定幅の麺状に加工するか又は所定間隔の切り込みを有する凹凸シート状に加工するためのスリッターまたは溝切りロール、
   ［４］次工程の切断又は切り込み処理が可能な長さに裁断する裁断機、
   ［５］成形材料の移送方向を直角方向に変更して移送するための方向転換装置および成形材料をその方向に移送する移送装置、
   ［６］前記移送装置の移送方向に対して平行に所定幅に切断するかあるいは切込みを入れるためのスリッター又は溝切りロール、
   を有することを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料の製造装置。

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