JP6382612B2

JP6382612B2 - 押出成形用口金及び板状体の製造方法

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Publication number: JP6382612B2
Application number: JP2014147480A
Authority: JP
Inventors: 公洋木村; 水野　素行; 素行水野
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: JP2016022638A

Description

本発明は、一般には、押出成形用口金、及び板状体の製造方法に関し、詳しくは、補強繊維を含む成形材料を成形して板状体を製造する際に使用される押出成形用口金、及びこの押出成形用口金を使用した板状体の製造方法に関する。

従来、補強繊維を含有する成形材料を押出成形により板状に成形し、更に必要に応じて硬化させることで、建築板等の板状体が製造されている。

例えば、特許文献１には、補強繊維を混入しセメント系スラリーを原料とした繊維補強セメント硬化物の製造方法において、セメント系スラリーをスラリーポンプから押し出して成形し、かつスラリーポンプのノズル開口部上下方向寸法を補強繊維の繊維長より小とすることを特徴とする繊維補強セメント系硬化物の製造法が記載されている。

特開昭６０−０７２７０５号公報

しかし、特許文献１に記載の製造法では、板状体に含まれる補強繊維が、成形材料の押出方向と平行な方向に配向しやすい。

この場合、板状体の曲げ強度に異方性が生じてしまい、板状体の特定の方向の曲げ強度が低くなってしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、成形材料を押出成形して板状体を製造するにあたり、板状体の曲げ強度に異方性が生じることを抑制することができる押出成形用口金、及び板状体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る押出成形用口金は、入口と、出口と、前記入口から前記出口に亘る流路とを備え、
前記流路は、断面積が前記入口から前記出口に向かって連続的に小さくなっていて、かつ、断面が全長に亘って矩形状である絞り部を含み、
前記絞り部の前記入口側の端部の断面積Ｓ１〔ｍｍ ^２〕、
前記絞り部の前記出口側の端部の断面積Ｓ２〔ｍｍ ^２〕、
及び前記絞り部の長さＬ〔ｍｍ〕が、
下記式（１）で表される関係を満たす。
１２≦（Ｓ１−Ｓ２）／Ｌ≦１８…（１）
本発明に係る板状体の製造方法は、窯業系成形材料と補強繊維とを含む成形材料を、請求項１に記載の押出成形用口金で押出成形する。

本発明の押出成形用口金を用いると、補強繊維を含有する成形材料を押出成形して製造される板状体の曲げ強度に、異方性が生じることを抑制することができる。

本実施形態の押出成形用口金の概略の断面図である。本実施形態に係る押出成形用口金内の流路の形状を示す斜視図である。図３Ａは本実施形態に係る押出成形用口金を設けた押出成形機の概略を示した図であり、図３Ｂは本実施形態に係る押出成形用口金を設けた押出成形機によって製造される板状体を示す斜視図である。本実施形態に係る板状体の曲げ強度を測定する方法を示す図であり、図４Ａは成形材料の押出方向と平行な軸に沿う二つの支点、及び力点を示し、図４Ｂは成形材料の押出方向と交差する軸に沿う二つの支点、及び力点を示す。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本実施形態に係る押出成形用口金１は、入口２と、出口３と、入口２から出口３に亘る流路４とを備える。この流路４は、断面積が入口２から出口３に向かって連続的に小さくなっている絞り部５を含む。絞り部５の入口２側の端部５１の断面積Ｓ１、絞り部５の出口３側の端部の断面積Ｓ２、及び絞り部５の長さＬは、下記式（１）で表される関係を満たす。
１２≦（Ｓ１−Ｓ２）／Ｌ≦１８…（１）

本発明の押出成形用口金１を用いると、補強繊維を含有する成形材料１０を押出成形して製造される板状体１００の曲げ強度に、異方性が生じることを抑制することができる。

本実施形態に係る板状体１００の製造方法では、窯業系成形材料と補強繊維とを含む成形材料１０を、押出成形用口金１で押出成形する。

以下、本発明を実施するための形態を、更に詳しく説明する。

まず、本実施形態に係る押出成形用口金１について、説明する。

押出成形用口金１は、図１に示すように、入口２から出口３に亘る流路４と、流路４を覆う外殻８とを備える。

外殻８の寸法及び形状は、特に限定されない。外殻８は、例えば、流路４全体を覆う箱型である。

流路４は、図１，２に示すように、入口２から出口３に向かって並ぶ、流入部６、絞り部５、及び流出部７を含む。

本実施形態の流入部６は、流路４の入り口２から絞り部５までの部分である（図１、２参照）。流入部６の寸法及び形状は、成形材料１０が流通することができれば、特に限定されない。

本実施形態の絞り部５は、流路４の流入部６と流出部７と間の部分である（図１、２参照）。絞り部５の断面積は、入口２から出口３に向かって連続的に小さくなっている。絞り部５において、入口２側の端部５１の断面積Ｓ１が最も大きく、出口３側の端部５２の断面積Ｓ２が最も小さい。このため、端部５１の断面積Ｓ１は、端部５２の断面積Ｓ２よりも大きい。

本実施形態では、絞り部５の入口２から出口３へ向かう方向（押出方向）と直交する断面はいずれも矩形状である。この断面の短辺は入口２から出口３へ向かって小さくなっている（図１参照）。この断面の長辺は入口２から出口３へ向かって大きくなっている（図２参照）。

端部５１の短辺Ｒ１は、５０〜１００ｍｍの範囲内であることが好ましく、６０〜８０ｍｍの範囲内であることがより好ましい。端部５１の長辺Ｒ２は、１００〜２００ｍｍの範囲内であることが好ましく、１４０〜１６０ｍｍの範囲内であることがより好ましい。本実施形態では、端部５１の断面積Ｓ１は、短辺Ｒ１に長辺Ｒ２をかけた値のことである。このため、端部５１の断面積Ｓ１は、５０００〜２００００ｍｍ^２の範囲内であることが好ましく、８４００〜１２８００ｍｍ^２の範囲内であることがより好ましい。

端部５２の短辺Ｒ３は、端部５１の短辺Ｒ１の１／６〜１／３の範囲内である。端部５２の短辺Ｒ３は１０〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましく、１１〜１８ｍｍの範囲内であることがより好ましい。端部５２の長辺Ｒ４は、２８０〜３５０ｍｍの範囲内であることが好ましく、３００〜３３０ｍｍの範囲内であることがより好ましい。本実施形態では、端部５２の断面積Ｓ２は、短辺Ｒ３に長辺Ｒ４をかけた値のことである。このため、端部５２の断面積Ｓ２は、２８００〜７０００ｍｍ^２の範囲内であることが好ましく、３０８０〜６３００ｍｍ^２の範囲内であることがより好ましい。

絞り部５の長さＬ、すなわち、端部５１から端部５２までの距離は、３５０〜４５０ｍｍの範囲内であることが好ましく、３７５〜４２５ｍｍの範囲内であることがより好ましい。

本実施形態の絞り部５は、端部５１の断面積Ｓ１、端部５２の断面積Ｓ２、及び絞り部５の長さＬが、上記式（１）の関係を満たしている。上記式（１）における（Ｓ１−Ｓ２）／Ｌは、絞り部５の長さあたりの絞り率Ｘを表している。このため、本実施形態の絞り部５の絞り率Ｘは、１２〜１８％の範囲内である。

本実施形態の流出部７は、流路４の絞り部５から出口３までの部分である（図１、２参照）。流出部７の押出方向と直交する断面の形状は、端部５２から出口３まで同じである。このため、端部５２の断面の形状と、出口３の形状とが同じである。流出部７の長さ、すなわち端部５２から出口３までの距離は、１００〜２００ｍｍの範囲内であることが好ましく、１４０〜１６０ｍｍの範囲内であることがより好ましい。

続いて、本実施形態に係る成形材料１０について、説明する。

本実施形態の成形材料１０は、窯業系成形材料と補強繊維とを含む。

窯業系成形材料は、例えば、セメント、軽量化剤、減水材、及び水を含有する。

セメントは、例えば、ポルトランドセメント、高炉セメント、アルミナセメントからなる群から選択される一種以上の材料である。

軽量化材は、例えば、パーライトバルーン、シラスバルーン等の無機軽量骨材、塩化ビニリデン系マイクロバルーン等の熱可塑性樹脂発泡体、及び有機軽量発泡材を挙げることができる。成形材料１０全量に対する軽量化材の割合は、質量比で０．１〜０．３％の範囲内であることが好ましい。以下、成形材料１０の配合割合は質量比で表す。

無機軽量骨材や熱可塑性樹脂発泡体は、有機軽量発泡材と比べて骨材強度が弱い。このため、軽量化材が無機軽量骨材や熱可塑性樹脂発泡体である場合、板状体１００の押出成形時に軽量化材が粉砕されてしまい、軽量化効果を効率的に確保することができない。このため、軽量化材が、骨材強度が強い有機軽量発泡材であることが特に好ましい。この場合、板状体１００にプレス等行う際に、復元膨張（スプリングバック）によって、建築板の表面に凹凸が生じることを抑制することができると共に、建築板の平滑性を向上させることができる。有機軽量発泡材の粒径は、３０〜９０μｍの範囲内であることが好ましい。

減水剤は、成形材料１０全量に対して、０．５％の割合で含有することが好ましい。

水は、成形材料１０全量に対して、３０％の割合で含有することが好ましい。

本実施形態の成形材料１０に含まれる補強繊維は、例えば、パルプ繊維、ビニロン繊維、ポロプロピレン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維からなる群から選択される一種以上の繊維を含む。補強繊維は、ビニロン繊維またはポリプロピレン繊維のどちらか一方、あるいは両方を含むことが好ましい。補強繊維の長さは１〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましく、４〜８ｍｍの範囲内であることがより好ましい。補強繊維の直径は、１〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、１０〜３０μｍの範囲内であることがより好ましい。成形材料１０全量に対する補強繊維の割合は、０．５〜３．０％の範囲内であることが好ましく、１．０〜２．０％の範囲内であることがより好ましい。

成形材料１０は、上記の材料に限られず、例えば骨材、着色材等の添加剤を更に含んでもよい。

続いて、本実施形態の板状体１００が、成形される工程について説明する。

本実施形態では、押出成形用口金１が、図３Ａに示すように、押出成形機９の終端に接続されている。

まず、押出成形機９の始端に設けられた原料投入口９１に、成形材料１０を投入する。この成形材料１０は、押出成形機９内で混練されながら、押出成形用口金１の入り口２に達する。

続いて、入口２から流入部６に成形材料１０が流入する。

続いて、成形材料１０が、端部５１から、絞り部５に流入する。

続いて、成形材料１０が、端部５２から、流出部７に流入する。成形材料１０が流出部７を流通している間に、成形材料１０は板状に成形される。

そして、出口３から成形材料１０が流出して、成形体（グリーン体）９２が形成される。この成形体９２を養生硬化することによって、図３Ｂに示す板状体１００が形成される
本実施形態に係る押出成形用口金１が、上記の構成を備えることにより、以下の効果を奏する。

絞り部５の断面積は、入口２から出口３に向かって連続的に小さくなると共に、端部５１の断面積Ｓ１，端部５２の断面積５２、及び絞り部５の長さＬが、上記式（１）の関係を満たす、つまり、絞り部５の絞り率Ｘが１２〜１８％の範囲内であることにより、板状体１００の曲げ強度に異方性が生じることを抑制することができる。これは、成形材料１０が絞り部５を流通することによって、板状体１００に含まれる補強繊維が成形材料１０の押出方向に配向することが抑制され、補強繊維が板状体１００の様々な方向に配置されるためであると思われる。絞り率Ｘが、１２％より小さい、或いは１８％より大きい場合、板状体１００の曲げ強度に異方性が生じてしまう。つまり、板状体１００の特定の方向の曲げ強度が低くなってしまう。

端部５２の短辺Ｒ３が、端部５１の短辺Ｒ１の１／６〜１／３の範囲内であることにより、成形材料１０を出口３から押し出しやすい。

成形材料１０に含まれる軽量化材が有機軽量発泡材であることにより、板状体１００を効率よく軽量化することができる。特に、成形材料１０全量に対する有機軽量発泡材の割合が０．１〜０．３％の範囲内であることにより、成形材料１０の成形で得られる板状体１００のスプリングバックによって、建築板の表面に凹凸が生じることを抑制することができるため、板状体１００の表面平滑性を向上させることができる。

成形材料１０に含まれる補強繊維が、ビニロン繊維及びポリプロピレン繊維のどちらか一方、あるいは両方であることにより、板状体１００に含まれる補強繊維が、成形材料１０の押出方向に配向することをより抑制することができる。これにより、板状体１００の曲げ強度に異方性が生じることをより抑制することができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
＜板状体の曲げ強度について＞
絞り部５の絞り率Ｘが異なる押出成形用口金１を用いて、成形材料１０の押出成形を行い、板状体１００を製造した実施例及び比較例について、説明する。

尚、絞り部５の絞り率Ｘは、端部５１の断面積をＳ１、端部５２の断面積をＳ２、絞り部５の長さをＬとした場合の、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｌの値である。

（板状体の作製）
・実施例１
セメント９７．２％、ビニロン繊維１．０％、ポリプロピレン繊維１．０％、有機軽量発泡材０．３％、減水剤０．５％、及び水３０％を含む成形材料１０を用意した。

そして、端部５１の短辺Ｒ１が７０ｍｍ、長辺Ｒ２が１５０ｍｍであり、端部５２の短辺Ｒ３が１１．０ｍｍ、長辺Ｒ４が３１５ｍｍである押出成形用口金１を使用して、成形材料１０を板状に成形し、これを硬化させて板状体１００を作製した。この押出成形用口金１の絞り率Ｘは１８％である。

・実施例２
端部５２の短辺Ｒ３が１３ｍｍであって、絞り率Ｘが１６％である押出成形用口金１を使用したこと以外は、実施例１と同様に板状体１００を作製した。

・実施例３
端部５２の短辺Ｒ３が１５ｍｍであって、絞り率Ｘが１４％である押出成形用口金１を使用したこと以外は、実施例１と同様に板状体１００を作製した。

・実施例４
端部５２の短辺Ｒ３が１７ｍｍであって、絞り率Ｘが１３％である押出成形用口金１を使用したこと以外は、実施例１と同様に板状体１００を作製した。

・比較例１
端部５２の短辺Ｒ３が８ｍｍであって、絞り率Ｘが２０％である押出成形用口金１を使用したこと以外は、実施例１と同様に板状体１００を作製した。

・比較例２
端部５２の短辺Ｒ３が２０ｍｍであって。絞り率Ｘが１１％である押出成形用口金１を使用したこと以外は、実施例１と同様に板状体１００を作製した。

（板状体の曲げ強度の測定及び評価）
実施例１〜４、及び比較例１、２の板状体１００について、曲げ強度を測定した。

具体的には、図４Ａに示すように、黒矢印で示す成形材料１０の押出方向に対して平行な軸に沿う、板状体１００の裏面に配置した二つの点（小さい白抜き矢印が配置された点）を支点とすると共に、板状体１００の表面に配置した一つの点（大きい白抜き矢印が配置された点）を力点として、三点曲げ試験を行い、曲げ強度を測定した。

また、図４Ｂに示すように、黒矢印で示す成形材料１０の押出方向に対して垂直な軸に沿う、板状体１００の裏面に配置した二つの点（小さい白抜き矢印が配置された点）を支点とすると共に、板状体１００の表面に配置した一つの点（大きい白抜き矢印が配置された点）を力点として、三点曲げ試験を行い、曲げ強度を測定した。

更に、図４Ｂの曲げ試験で求めた曲げ強度に対する、図４Ａの曲げ試験で求めた曲げ強度の、曲げ強度比を算出した。

実施例１〜４、及び比較例１、２について、曲げ試験の結果と曲げ強度比とを、絞り部５の寸法、及び絞り率Ｘと共に、表１に示す。

表１より、絞り率Ｘが１２〜１８％の範囲内である押出成形用口金１を使用している、実施例１〜４の板状体１００では、二種類の曲げ試験で求めた曲げ強度の値が近く、曲げ強度比の値が１．０に近い。つまり、板状体１００の曲げ強度に、異方性が生じていない。

一方、絞り率Ｘが１８％より大きい押出成形用口金１を使用している比較例１の板状体１００では、図４Ａの曲げ試験で求めた曲げ強度の値が低くなっている。また、絞り率Ｘが１２％より小さい押出成形用口金１を使用している比較例２の板状体１００では、図４Ｂの曲げ試験で求めた曲げ強度の値が低くなっている。このため、比較例１、２の板状体１００では、２つの曲げ試験で求めた曲げ強度の値の間に大きな差があるため、曲げ強度比の値が１．０から大きく離れている。つまり、板状体１００の曲げ強度に異方性が生じてしまっている。

従って、絞り部５の絞り率Ｘが１２〜１８％の範囲内である押出成形用口金１で成形材料１０を成形すると、板状体１００の曲げ強度に異方性が生じることを抑制することができる。

また、絞り部５の絞り率Ｘが１２〜１８％の範囲内にない押出成形用口金１で成形材料１０を成形すると、板状体１００の曲げ強度に異方性が生じてしまい、板状体１００の特定の方向の曲げ強度が低くなってしまう。

＜好ましい成形材料について＞
成形材料１０の好ましい配合例を調べた結果について、説明する。

（成形材料の調整）
まず、セメント、ポリプロピレン繊維、粒径の異なる有機軽量発泡材、減水剤（ポリカルボン酸系減水剤）、及び水を表２に示す割合で配合し、これらを混練することにより、配合例１〜６の成形材料１０を作製した。

（試験体の作製）
配合例１〜６の成形材料１０を、内寸５０ｍｍ、高さ３０ｍｍの塩化ビニル製容器に充填して、試験体を成形した。

この試験体を容器から取り出してアルミ板の上に乗せ、オートグラフ試験機（島津製作所製）に設置した一対の圧縮用面板の間に、このアルミ板と試験体を配置して、試験体のプレスを行った。

具体的には、上方の圧縮用面板とアルミ板との間隔が３５ｍｍである状態をゼロ点とし、上方の圧縮用面板を２５ｍｍ下げた所で停止して、試験体の厚みを１０ｍｍに圧縮した。この際、プレスの下降速度を１００ｍｍ／分とし、プレス保持時間を１０秒とした。

（試験体の評価）
プレスされた各試験体について、ノギスで４点測定を行い、厚みを計測した。この厚みから１０ｍｍを除いた値をスプリングバック量、１０ｍｍに対するスプリングバック量の割合をスプリングバック率とした。

更に、配合例１〜６の成形材料の、フラット柄プレス品（サイズ：３００×３００ｍｍ）を用い、０．１ｍｍ毎に表面凹凸差を計測すると共に、試験体の表面平滑性を観察した。尚、表面平滑性が特に良いものを「◎」、表面平滑性が良いものを「○」、表面平滑性が悪いものを「×」と評価した。

上記のスプリングバック量、スプリングバック率、表面凹凸差、及び表面平滑性を測定した結果を、表２に示した。

表２より、有機軽量発泡材を０．１〜０．３％の範囲内で含有している配合例１〜５では、試験体のスプリングバック率が低く、表面平滑性が優れている。

一方、有機軽量発泡材を０．６％含有している配合例６では、試験体のスプリングハック率が高く、表面平滑性が悪い。

従って、成形材料１０に含まれる有機軽量発泡材の割合が０．１〜０．３％の範囲内であると、成形材料１０を成形して得られる板状体１００のスプリングバックを抑制することができ、板状体１００の表面平滑性を向上させることができる。

また、成形材料１０に含まれる有機軽量発泡材の割合が０．１〜０．３％の範囲内でない場合、成形材料１０を成形して得られる板状体１０に、スプリングバックが生じてしまい、板状体１００の表面平滑性が悪くなってしまう。

１押出成形用口金
２入口
３出口
４流路
５絞り部
５１端部
５２端部
１０成形材料
１００板状体

Claims

入口と、出口と、前記入口から前記出口に亘る流路とを備え、
前記流路は、断面積が前記入口から前記出口に向かって連続的に小さくなっていて、かつ、断面が全長に亘って矩形状である絞り部を含み、
前記絞り部の前記入口側の端部の断面積Ｓ１〔ｍｍ ^２〕、
前記絞り部の前記出口側の端部の断面積Ｓ２〔ｍｍ ^２〕、
及び前記絞り部の長さＬ〔ｍｍ〕が、
下記式（１）で表される関係を満たす押出成形用口金。
１２≦（Ｓ１−Ｓ２）／Ｌ≦１８…（１）
窯業系成形材料と補強繊維とを含む成形材料を、請求項１に記載の押出成形用口金で押出成形する板状体の製造方法。