JP5547940B2

JP5547940B2 - シート状積層体の加熱方法

Info

Publication number: JP5547940B2
Application number: JP2009226637A
Authority: JP
Inventors: 浩治山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Kilntech Corp
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Kilntech Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011073260A

Description

本発明は、シート状本体の表面に樹脂皮膜層が積層されたシート状積層体の外部と内部の温度差が小さくなるように効率よく加熱することができるシート状積層体の加熱方法に関するものである。

従来から、シート状本体の表面に樹脂皮膜層が積層されたシート状積層体は、自動車用内装材や住宅用内装材や断熱壁材などに広く利用されている。例えば、ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂などからなるシート状本体の両表面を、同様の樹脂からなる樹脂皮膜層でサンドイッチした構造とした樹脂系積層体や、樹脂皮膜層の間に強化材として繊維をサンドイッチした構造とした積層体として提供されている。なお、繊維層を積層する場合の繊維は、セラミックスやカーボン繊維が用いられる。

このようなシート状積層体は、特許文献１に示すような、赤外線ヒータを供えた連続式の加熱炉において加熱処理が施された後、次工程へ搬送されプレス成形されて所望形状の製品とされたり、ロール状製品や板状製品とされている。

しかしながら、従来の加熱炉においては、シート状積層体を赤外線ヒータにより表層側から加熱するもので、しかも温度を段階的に上げるだけのコントロールであるため、赤外線ヒータの熱が当たる側の表層温度は即座に昇温するものの、内部の温度上昇はそれよりも遅れるため、外部と内部の温度差が大きくなるという問題があった。
そこで、温度を段階的に上げ、しかも表層の温度が過昇温して溶融しないようにしつつ内部温度も昇温させるためには、炉長を長くし、かつ加熱時間も長くしてゆっくりと加熱する必要があり、加熱に要するエネルギーが大きくなるという問題や生産性に劣るという問題があった。また、加熱する積層体の処理量や形状の相違などの条件により内部の昇温割合が異なるため、温度コントロールが難しく過昇温を生じやすいという問題点や、内部温度の不十分な昇温は次工程のプレス成形に支障を生じる場合があるという問題点もあった。

特開平１０−２７９５５号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、製品の外部と内部の温度差が小さくなるように効率よく加熱することができ、更には加熱時間の短縮や炉長の短縮を図れてエネルギーコストの削減をすることができるシート状積層体の加熱方法を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明のシート状積層体の加熱方法は、シート状本体の表面に樹脂皮膜層が積層されたシート状積層体を、赤外線ヒータを備えた連続炉の第１加熱域において表層温度が上限と下限を有する目標温度の上下間に達するまで昇温し、次いで、均熱域において加熱温度を目標温度の下限より低く制限して、シート状積層体の表層温度及び内部温度が目標温度の下限より低くなるように加熱するとともに、表層側から内部側への伝熱により内部温度を上昇させて表層温度と内部温度の温度差が小さくなるように均熱化し、最後に、第２加熱域において表層温度を目標温度まで再び昇温して、シート状積層体の表層温度及び内部温度が目標温度範囲内となるように加熱することを特徴とするものである。

また、均熱域において、シート状積層体の表層温度と内部温度との温度差が２０℃未満となるように均熱化を行うことが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。

本発明では、第１加熱域において表層温度が上限と下限を有する目標温度の上下間に達するまで昇温し、次いで、均熱域において加熱温度を目標温度の下限より低く制限して、シート状積層体の表層温度及び内部温度が目標温度の下限より低くなるように加熱するとともに、表層側から内部側への伝熱により内部温度を上昇させて表層温度と内部温度の温度差が小さくなるように均熱化したので、外部と内部の温度差が小さくなるよう均一に加熱することができることとなる。

また、請求項２に係る発明では、均熱域において、シート状積層体の表層温度と内部温度との温度差が２０℃未満となるように均熱化を行うので、外部と内部の温度差が小さく次の第２加熱域の加熱を効率よく行うことができる。

本発明の加熱条件の時間と温度の関係の一例を示すグラフである。従来例の加熱条件の時間と温度の関係の一例を示すグラフである。本発明の加熱炉の概略を示す説明図である。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
本発明のシート状積層体は、シート状本体の両表面に樹脂皮膜層が積層されてサンドイッチ構造としたものであり、自動車用内装材や住宅用内装材や断熱壁材などの様々な用途のシート状材料として利用される。また製品形状としては、加熱後のプレス工程で所望形状に成形された製品、あるいはロール状の製品や板状の製品などがある。

前記シート状本体としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ウレタン樹脂、カーボンファイバー強化樹脂などが使用され、また皮膜層としては、同様の樹脂からなり、一般的には融点が前記シート状本体よりもわずかに低温度に調整したものが使用される。
なお、上記のような樹脂系積層体の他に、シート状本体として金属薄板を用い、この金属薄板の表面に前記樹脂皮膜層を積層覆した複合積層体や、樹脂皮膜層の間に強化材としてセラミックスやカーボン繊維をサンドイッチした構造の積層体とすることもできる。

図３に本発明を実施するための加熱炉の概略断面を示す。
図中、１１は連続式の加熱炉、１２は加熱炉１１の長手方向に移動するワーク搬送用のコンベア、１３は加熱炉１１の天井部、及び底面部に設けられた赤外線ヒータである。ワークであるシート状積層体１は左側より搬入され、炉内で所望の加熱処理が施されて、右側の出口を出て次工程へと移動される。なお、図において２はシート状本体、３は樹脂皮膜層である。

前記加熱炉１は、入口側から第１加熱域、均熱域、第２加熱域の３つのゾーンに区分けされており、各々のゾーンにおいて赤外線ヒータ１３をコントロールして任意の加熱制御が行えるよう構成されている。

図１は、加熱時間と加熱されたシート状積層体の温度の関係を示すグラフでる。
図１に一例として示したシート状積層体１は、自動車用内装材として供されるものであって、例えば、融点を２２０〜２５０℃に調整したポリプロピレン樹脂からなるシート状本体２の両表面に、融点を２００〜２２０℃に調整したポリエチレン樹脂からなる樹脂被覆層３を積層したものである。このシート状積層体１は、次工程において所望の形状にプレス成形されるものであり、加熱処理後における目標温度下限は１５０℃、目標温度上限は２００℃に設定してある。

先ず第１加熱域においては、シート状積層体１の表層温度が目標温度に達するまで急速に昇温する。
ここで急速に昇温するとは、表層温度のみを一気に目標温度上限まで昇温するという意味であり、１５℃／秒以上の昇温速度（図１に示すものでは約３０℃／秒）で加熱を行うことが好ましい。ここでは、約６０秒の短時間で表層温度が目標温度まで急速に昇温するが、内部温度は約８０℃にしか昇温しない。
また、ここでいう目標温度とは上限値の２００℃を意味する。これより高い温度では過昇温となって樹脂被覆層３が溶融するおそれがあるからである。
この第１加熱域での昇温時間の計測により過昇温を防止でき、次工程の均熱域、第２加熱域での加熱温度も制御することができる。また、この機能により、被加熱物量や形状が変化しても、過昇温を抑制できるとともに、内部の加熱も変動幅が少なく、安定した加熱ができる。

次に均熱域においては、表層温度の急降下を抑制する程度に加熱温度を制限して表層側から内部側への伝熱により内部温度を上昇させる。
ここで表層温度の急降下を抑制する温度に制御する程度に加熱温度を制限するとは、表層温度がこれ以上加熱されて目標温度上限を超えることがなく、しかも表層温度が一気に下がらない程度に弱く加熱するという意味であり、この均熱域における加熱温度は内部温度以上で表層温度以下の温度に制限して行うこととなる。
この均熱域は、図１に示すものでは約６０秒であり、均熱域において表層側から内部側への伝熱現象が生じて、下降した表層温度と上昇した内部温度との温度差が約２０℃未満となるように温度の均熱化が行われる。

最後に、第２加熱域においては、表層温度を目標温度まで再び昇温して、シート状積層体の表層温度及び内部温度が目標温度範囲内となるように加熱する。
ここでは表層温度及び内部温度が共に目標温度の上下限の範囲内となるように、５℃／秒以上の昇温速度（図１に示すものでは約１０℃／秒）で加熱を行うことが好ましい。ここでの加熱時間は、約５０秒である。
その後、加熱されたシート状積層体は次工程でプレス成形され、所望形状の製品とされる。

このように本発明では、第１加熱域、均熱域、第２加熱域においてそれぞれ特有の加熱処理が施されることにより、シート状積層体の外部と内部の温度差が小さくなるように効率よく加熱することができることとなる。しかも、本発明の加熱制御はワークであるシート状積層体の表層温度のみを測定管理して温度制御するため、コントロールが容易であり、ワークの形状や温度特性、炉内への投入量などが変化しても安定した加熱制御が行えることとなる。また、結果として、加熱時間の短縮や炉長の短縮が図られるのでエネルギーコストの大幅な削減を達成することもできる。

参考として、図２のグラフに前記と同一材質、同一形状からなるシート状積層体を、段階的に昇温をコントロールする従来タイプの加熱炉において、同じ時間だけ加熱処理した場合の加熱時間と加熱されたシート状積層体の温度の関係を示す。
この場合は、約１℃／秒のほぼ一定の昇温速度で加熱処理が行われ、表層温度は目標温度の上下限の範囲内に到達しているが、内部温度は目標温度の下限値に達しておらず加熱不良となる。また、内外部ともに目標温度に到達させるには、更に長い炉と長時間の加熱を継続する必要があることがわかる。

１シート状積層体
２シート状本体
３樹脂皮膜層
１１連続炉
１２コンベア
１３赤外線ヒータ

Claims

シート状本体の表面に樹脂皮膜層が積層されたシート状積層体を、赤外線ヒータを備えた連続炉の第１加熱域において表層温度が上限と下限を有する目標温度の上下間に達するまで昇温し、次いで、均熱域において加熱温度を目標温度の下限より低く制限して、シート状積層体の表層温度及び内部温度が目標温度の下限より低くなるように加熱するとともに、表層側から内部側への伝熱により内部温度を上昇させて表層温度と内部温度の温度差が小さくなるように均熱化し、最後に、第２加熱域において表層温度を目標温度まで再び昇温して、シート状積層体の表層温度及び内部温度が目標温度範囲内となるように加熱することを特徴とするシート状積層体の加熱方法。
均熱域において、シート状積層体の表層温度と内部温度との温度差が２０℃未満となるように均熱化を行う請求項１に記載のシート状積層体の加熱方法。