JPH0976213A - 繊維性成形品の成形方法並びにそれに用いる成形金型および繊維性成形品 - Google Patents
繊維性成形品の成形方法並びにそれに用いる成形金型および繊維性成形品Info
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Abstract
を短い成形サイクルで成形する。 【解決手段】 古紙粉砕紙:馬鈴薯澱粉:水を7:3:
14の配合割合で配合し、ヘンシェルミキサーにより混
合した成形材料を、多孔性の脱気手段6を壁面に取り付
け、その壁面の温度を160℃〜220℃とした金型の
キャビティ5に充填して射出成形する。
Description
布,麻,ガラス繊維,ナイロン繊維,ポリアクリル繊
維,ポリエステル繊維のような繊維性の主材料に、澱
粉,ポリビニールアルコールのような高分子結合材およ
び水を添加混練したものを成形材料として用いることに
より廃棄物の再利用等に実施できる成形技術分野に関す
るものである。
を再利用する場合には、水に溶解させた古紙を金網付き
の型に注入して水を除去し、ついで乾燥して成形品とす
る、いわゆる湿式のパルプモールド法が採用されてい
た。
小紙片と粉末状澱粉と水とを同時に吹き付け、型を閉鎖
したのち加熱して固化する方法、いわゆる乾式のパルプ
モールド法も採用されている(例えば特開平7−124
914号公報参照)。
泡剤を練り込んだ紙を主原料とする成形材料を作り、こ
れを金型内に射出した後金型を昇温させ、発泡状紙成形
品とする方法が開発された(例えば特開平7−1861
14号公報参照)。
ルプモールド法にあっては、成形品の形状は単純なも
の、肉厚は均一で薄肉のものに限定され、また、型は通
常片面のみが利用されるので成形品の裏面が粗面とな
り、さらに、水の除去および乾燥に長時間を要するので
成形サイクルが長く、かつ廃水処理が必要になるという
問題点があった。
法にあっては、成形品の表面および裏面は平滑できれい
に仕上がり、廃水処理の問題も解消するが、成形品の肉
厚が制限されることは湿式のパルプモールド法の場合と
同じであり、さらに、吹き付け作業が必要になることか
ら、急速に固化させることができなく、成形品には、は
み出しが発生し易く、その処理が必要になって成形工程
が複雑となり、成形サイクルが長く、設備費も高価にな
るという問題点があった。
泡剤入り成形材料を金型内に射出する方法においては、
成形品にはみ出しが発生せず、かつ肉厚さ等の制限も緩
和されるが、金型を閉じた後昇温させる方法であるの
で、成形材料の乾燥固化に時間がかかり、かつ発泡剤か
らのガスの発生も小量かつ緩やかなものであるので、高
度に発泡した成形品は得られ難いという問題点があっ
た。
厚で複雑な形状の成形品でも転写性が良く、短い成形サ
イクルで成形でき、また廃棄物の再利用により梱包材,
容器,衣料用ハンガー等の生活用品を安価に形成できる
繊維性成形品の成形方法およびその成形に用いる成形金
型並びに高度に発泡した繊維性成形品を提供することを
課題としている。
に、本発明の繊維性成形品の成形方法においては、高分
子結合材および水を添加して混練した繊維性主材料を、
加熱した金型内に充填し、添加した水を気化除去して固
化させるものである。
〜240℃、好ましくは160℃〜220℃となるよう
に加熱すると効果的である。壁面温度が120℃以下で
は、所定の発泡圧力に到達し難いので、高度に発泡した
成形品が得られなく、また水分の蒸発が遅くなり、成形
サイクルが長くなって好ましくなく、一方、壁面温度が
240℃以上になると、繊維性主材料が分解して変色
し、また高分子結合材として後述する熱硬化性樹脂を用
いた場合は、これらの樹脂の熱変形温度を上回ることに
なって離型性に難点が発生し易くなる。
紙,綿布,麻,籾殻,豆腐殻,木粉のような天然の繊維
性のもの、およびガラス繊維、並びにナイロン,ポリア
クリル,ポリエステルのような合成樹脂からなる繊維の
何れでも使用できるが、特に紙ごみ,古紙のような紙繊
維が好ましい。なお、このような紙繊維の繊維長さは短
いので、強度を必要とする成形品の場合には、他の繊維
を5%〜40%、好ましくは5%〜20%複合すると効
果的であり、複合する繊維の長さは、3mm〜10mm
が好ましい。
料と混練する際には、水に可溶であるか、低粘度のエマ
ルジョンを形成し、水を気化除去した際には、固形状で
成形品の離型が容易なものが好ましく、澱粉,ポリビニ
ールアルコール,ポリアクリル酸,ポリアクリルアミ
ド,ポリイタコン酸,カルボキシメチルセルローズ、並
びにこれらの共重合体のような水溶性高分子材料が使用
でき、またユリア樹脂,メラミン樹脂,フェノール樹
脂,不飽和ポリエステルのような本来は水溶性でない熱
硬化性樹脂でも、その初期縮合物が水溶液もしくはエマ
ルジョンとなるものは使用できる。この場合、加熱して
高温となっている金型内では、添加した水を気化脱水し
た後の硬化反応により、不溶融性を有するようになるの
で、成形品の離型が容易となる。また、水溶性高分子材
料の場合は、水を気化除去して固化した後も水溶性を有
するので、耐水性を必要とする成形品の場合は、前記の
熱硬化性樹脂が好ましい。
おいて繊維性主材料の10%〜50%、好ましくは20
%〜40%が効果的である。配合割合が50%以上の場
合は繊維性主材料の量が不足して好ましくなく、一方1
0%以下では、繊維性主材料との均質な混練ができ難
く、成形品の強度も低下して好ましくない。
ましくは30%〜70%が効果的である。なお、含有割
合が20%以下では均質な混練ができ難く、かつ相当に
かさ張るものとなって金型内での流動性が悪く、成形作
業が困難となり、一方80%以上になると、混練したも
のが泥状となって成形作業上好ましくなく、特に高速で
射出成形する場合は、金型に設けた脱気手段に侵入して
好ましくない。
明の成形金型においては、金型のキャビティ壁面に、キ
ャビティ内に充填される繊維性主材料に添加されている
水を水蒸気として逸散させる多孔性の脱気手段を形成し
たものである。
4g/cm3〜0.80g/cm3、特に0.05g/c
m3〜0.60g/cm3で、転写性が良く、発泡して軽
量な成形品が得られ、古紙等の廃棄物と澱粉等とを繊維
性主材料に用いると成形品は生分解性となる。
は、配合割合を50%〜90%、好ましくは60%〜8
0%にした古紙のような繊維性主材料と配合割合を10
%〜50%、好ましくは20%〜40%とした澱粉のよ
うな高分子結合材との配合物に、水を20%〜80%、
好ましくは30%〜70%添加して混練して成形材料と
し、この成形材料を、キャビティを形成する型壁面の温
度が120℃〜240℃、好ましくは160℃〜220
℃となるように加熱した金型のキャビティ内に充填して
成形するものである。
化され、その蒸気圧により繊維性主材料は発泡され、同
時に繊維性主材料は、蒸気圧によりキャビティ内に充満
されてその壁面に押圧されるので、肉厚変化の大きな成
形品でも良好な転写性で成形され、また気化した水蒸気
は、金型に形成した通気性の多孔性金属焼結体からなる
脱気手段を介して逸散除去されて成形品の固化が速やか
に行われるので、古紙等の廃棄物を利用した梱包資材,
皿等様々な容器、あるいは衣類ハンガー等の成形品を生
分解性とし、短い成形サイクルで容易かつ安価に形成す
ることができる。
方式の射出成形金型の構成模式図を示す図1、コールド
ランナ方式の射出成形金型の構成模式図を示す図3およ
び補助ラム式トランスファ方式の成形金型の構成模式図
を示す図4を参照して説明する。
延長ノズル、3は固定側型板、4は可動側型板、5は固
定側型板3と可動側型板4とにより形成されるキャビテ
ィ、6はキャビティ5の壁面に取り付けた多孔性の脱気
手段、7は一端が脱気手段6に、他端が金型の外部に連
通している脱気孔、8は固定側型板3および可動側型板
4を加熱する電気ヒータ、9は延長ノズル1とキャビテ
ィ5とを連通するスプルである。脱気手段6は通気性の
多孔質体からなり、例えば平均空孔径が7μm,空孔率
が約25%の多孔性の金属粉末焼結体を放電加工法によ
って加工したものである。また他の脱気手段としては、
例えば金属粉末を焼結して直径8mm〜12mm,高さ
10mmの円筒とし、中央部に孔径0.05mm〜0.
50mmの微細孔10を多数貫通して形成することがで
き(図2参照)、キャビティ5の壁面に、その面積の5
%〜10%を占めるように、すなわち、壁面100cm
2あたり約6個〜12個の金属焼結円筒を配置すれば、
良好な脱気効果が得られ、殆ど瞬時に成形品を乾燥させ
て高速成形が可能となる。後者の円筒型の脱気手段は後
述するように図4の脱気手段27にその使用例を示し
た。
困難となるので、延長ノズル1を用いることにより、成
形材料の乾燥が遅れ易いスプル9を短くし、延長ノズル
1は水管2により冷却して80℃以下に保持し、成形材
料の速やかな乾燥を阻止して流動状態を維持させてい
る。
するコールドランナマニホールド、13はコールドラン
ナ、14はコールドチップ、15は固定側型板、16は
可動側型板、17は固定側型板15と可動側型板16と
により形成されるキャビティ、18はキャビティ17を
形成する型壁面に取り付けた多孔性の脱気手段、19は
一端が脱気手段18に、他端が金型の外部に連通してい
る脱気孔、20は固定側型板15および可動側型板16
を加熱する電気ヒータである。なお、脱気手段18は、
図1および図2で説明した脱気手段6と同じ構成のもの
である。
いは一個の成形品でも二点以上のゲートを必要とする場
合は、図3に示すように、金型内にコールドランナマニ
ホールド11およびコールドチップ14を配置すること
により、その内部に設けたコールドランナ13に存在し
ている成形材料を低温に維持して流動性を保持してい
る。
は図3におけるコールドチップ14の先端は、金型の高
温部と接触して高温になり易いので、延長ノズル1の場
合は、成形材料を射出する時以外は接触しないように後
退させ、またコールドチップ14の場合は、先端部に熱
伝導性が低い酸化クロム,ジルコニア等のセラミックを
溶射して昇温するのを阻止することが好ましい。
は、図4に示すような補助ラム式トランスファ方式の成
形金型を用いるのが効果的であり、図4において、21
は固定側型板、22は可動側型板、23は固定側型板2
1と可動側型板22とにより形成されるキャビティ、2
4および27はキャビティ23の壁面に取り付けた多孔
性の脱気手段、25は一端が脱気手段24および27
に、他端が金型の外部に連通している脱気孔、26は固
定側型板21および可動側型板22を加熱する電気ヒー
タ、28は補助ラム、29は型締めラム、30は成形材
料、31は成形品である。なお、脱気手段24は図1で
説明した脱気手段6と同じ構成のものであり、脱気手段
27は図2に示した円筒型脱気手段である。
なり、ヘンシェルミキサー等により撹拌混合して粉末
状,顆粒状とし、また必要に応じてニーダ等により10
0℃以下、好ましくは80℃以下の温度で予備混練して
粘土状,ペレット状としても良い。
の成形機は、混練能力が高いので、成形材料を予備混練
する必要はなく、粉末状または顆粒状で供給することが
できるが、成形材料が配合割合により著しくかさ張って
いる場合は、材料供給が不安定になり易いので、ホッパ
内に撹拌装置を取り付けるか、さらにホッパの下部にス
クリュウコンベアを取り付けると効果的である。
樹脂用の成形機は、スクリュウ圧縮比が小さく混練能力
が低く、またトランスファ成形や圧縮成形では混練部が
ないので、ニーダ等により予備混練しておくことが好ま
しい。
いは予備混練する場合の混練温度は、60℃〜120℃
であり、好ましくは65℃〜80℃が良く、混練温度が
60℃以下になると高分子結合材が澱粉の場合は糊化が
不充分となって均質分散され難く、また120℃以上に
なると混練中に成形材料が乾燥し、かつ発泡する畏れが
あって好ましくない。
い場合は、高粘度のため発泡がやや困難となり、見掛け
密度が高い成形品が得られ、水の含有割合が高い場合
は、粘度が低くなって金型内での流動性が良くなるの
で、薄肉で面積が大きい成形品を少ないゲート数で得ら
れ、さらに水分の逸散により高い発泡圧が発生して見掛
け密度が小さく発泡倍率が大きい成形品が得られる。
に充満された成形材料は、キャビティ壁面と接触した表
皮層から乾燥して固化を開始し、中央部の乾燥が終了す
るまで内部からの蒸気圧によってキャビティ壁面に押圧
されているので、得られる成形品は寸法精度に優れたも
のとなり、型壁面からの光沢等の転写性も優れたものと
なる。
性主材料としては古紙粉砕紙、または長さ3mm〜5m
mのポリエステル繊維を添加した古紙粉砕紙を用い、高
分子結合材としては、水溶性高分子材料の場合は、精製
粉一等検の馬鈴薯澱粉、または完全けん化したポリビニ
ルアルコールを用い、熱硬化性樹脂の初期縮合物の場合
は、レゾールの初期縮合物(フェノール樹脂系)、また
はフタル酸系不飽和アルキドにジアリルフタレートモノ
マーを加えた初期縮合物(不飽和ポリエステル系)を用
いた。
ル94g(1モル)に対し、37%フォルマリン162
g(2モル)を加え、さらに水酸化ナトリウムの10%
水溶液を20ml加え、還流下で60分反応させたの
ち、磁製皿に移して撹拌しながら直火で105℃になる
まで濃縮し、メタノールに溶解したものである。また、
フタル酸系不飽和アルキドにジアリルフタレートモノマ
ーを加えた初期縮合物は、無水マレイン酸98g(1モ
ル),無水フタル酸148g(1モル),エチレングリ
コール62g(1モル),プロピレングリコール76g
(1モル)をフラスコに採り、窒素ガスを吹き込みなが
ら200℃で6時間脱水縮合させ、ついで120℃まで
冷却させたのち、重合禁止剤としてt−ブチルカテコー
ル150ppmを加えて撹拌し、続いて40%のジアリ
ルフタレートモノマーを加えたものである。
材,水からなる成形材料としては、古紙粉砕紙:馬鈴薯
澱粉:水を7:3:14の配合割合で配合し、ヘンシェ
ルミキサーにより混合したものを試料1とし、さらに約
80℃の加圧ニーダにより10分間混練したものを試料
2とし、試料1は図1に示す金型を用いた射出成形機に
供給することにより肉厚の射出成形品とし、試料2は図
4に示す金型を用いたトランスファ成形機に供給して薄
肉のトランスファ成形品とした。なお、射出成形機にお
いては、金型温度は約200℃,シリンダ温度は高温部
で80℃とし、成形材料は最高射出速度(250ml/
s)の60%で射出充填し、30秒後に成形品を取り出
し、また、トランスファ成形機においては、金型温度は
約200℃,プランジャ温度は160℃〜170℃に保
持し、プランジャの前進速度は最高値として成形材料を
充填し、10秒後に成形品を取り出した処、折曲げ強度
に優れた成形品が得られた。
外観は、表1に示す通りであった。表1より、射出成形
による場合は、見掛け密度が約0.06g/cm3の成
形品が得られ、古紙粉砕紙および馬鈴薯澱粉の比重を1
と仮定すると、発泡倍率は約16.7倍のものとなり、
また、トランスファ成形による場合は、見掛け密度が約
0.25g/cm3の成形品が得られ、発泡倍率では約
5倍のものとなった。
形の場合、重量計測ができないので、見掛け上の量であ
って計量値(cm3)に相当する。また、充填率は、充
填が完了できたものを100%とし、寸法は、成形収縮
率が1%以内のものを「優」、成形収縮率が1%以上も
しくは成形品の一部に未充填部が発見されたものを
「可」とした。
例1における馬鈴薯澱粉の替わりに、上記で説明した完
全けん化ポリビニールアルコールを用い、配合割合,混
練条件,成形条件等は実施例1の場合と同じにした結果
は、表1とほぼ同じであった。
の粘度は僅かに高く、折曲げ強度も充分にあり、耐水性
も若干優れており、例えば番号1に相当する成形品の場
合、実施例1のものは水中に侵漬して1分後に引き上げ
た処、形状の自己保持性がなくなって平板状となった
が、実施例2のものは3分侵漬した後でも自己保持性を
有していた。
における馬鈴薯澱粉の替わりに、上記で説明したレゾー
ルの初期縮合物を用い、配合割合,混練条件,成形条件
等は実施例1の場合と同様にした結果は、表1とほぼ同
じであった。
溶液として用いるので、硬化後の固形量を予め計測し、
この固形量を配合割合の基準として配合した。この場
合、メタノールおよび硬化反応により生成する縮合水
が、成形材料中に含まれることになるが、これらは配合
割合からは無視した。また、成形品の離型を容易にする
ために、レゾールの初期縮合物の固形量の3%に相当す
るステアリン酸亜鉛を混合し、さらに、途中工程におけ
るレゾールの初期縮合物の硬化反応の進行を阻止するた
めに、混練温度および射出成形時のシリンダ温度は60
℃以下に維持した。
られた混練物は低粘度のパテ状となり、また、成形工程
における発泡は容易となり、成形品の見掛け密度が0.
05g/cm3の場合でも充填率は100%となって発
泡倍率の高い成形品が得られる。
し、耐水性については侵漬1時間後でも充分に自己保持
性を有していた。
における古紙粉砕紙の替わりに、長さ5mmのポリエス
テル繊維を1/5量添加した古紙粉砕紙を用い、高分子
結合材としては上記で説明したジアリルフタレートモノ
マーを加えた不飽和ポリエステル系の初期縮合物を用
い、配合割合,混練条件,成形条件等は実施例1の場合
と同様にした結果は、表1とほぼ同じであった。
には、粘度調節のために5%のメチルエチルケトンを加
え、ジ−tert−ブチルパーオキシドを硬化剤として
2%加え、また、成形品の離型を容易にするために、レ
ゾールの初期縮合物の固形量の3%に相当するステアリ
ン酸亜鉛を混合時に加えた。また、成形材料中にメチル
エチルケトンが含まれることになるが、実施例3の場合
と同様に配合割合からは無視し、また、不飽和ポリエス
テル系の初期縮合物の熱変形を考慮して金型温度は18
0℃に維持した。
な折曲げ強度を有し、靱性にも優れていることが確認さ
れた。
ているので、転写性が良く、発泡倍率が高く、充分な折
曲げ強度を有する生分解性の繊維性成形品を、廃棄物の
再利用等により短い成形サイクルで容易に得ることがで
きる。
の射出成形金型の構成模式図である。
上面図、(b)はその断面図である。
方式の射出成形金型の構成模式図である。
ンスファ方式の成形金型の構成模式図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 高分子結合材および水を添加して混練し
た繊維性主材料を、加熱した金型のキャビティ内に充填
し、ついて添加した水を気化除去して固化させる繊維性
成形品の成形方法。 - 【請求項2】 キャビティ壁面温度を120℃〜240
℃とする請求項1記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項3】 キャビティ壁面温度を160℃〜220
℃とする請求項2記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項4】 繊維性主材料として紙繊維を用いる請求
項1記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項5】 紙繊維に他の繊維を5%〜40%複合し
た繊維性主材料を用いる請求項1記載の繊維性成形品の
成形方法。 - 【請求項6】 紙繊維に他の繊維を5%〜20%複合し
た繊維性主材料を用いる請求項1記載の繊維性成形品の
成形方法。 - 【請求項7】 高分子結合材として水溶性高分子材料を
用いる請求項1記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項8】 高分子結合材として水溶性もしくはエマ
ルジョンとなる熱硬化性樹脂の初期縮合物を用いる請求
項1記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項9】 高分子結合材の配合割合は、固化時にお
いて繊維性主材料の10%〜50%とする請求項1記載
の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項10】 高分子結合材の配合割合は、固化時に
おいて繊維性主材料の20%〜40%とする請求項1記
載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項11】 水の含有割合を20%〜80%とする
請求項1記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項12】 水の含有割合を30%〜70%とする
請求項1記載の繊維性成形品の成形方法。 - 【請求項13】 金型のキャビティ壁面に、多孔性の脱
気手段を形成した成形金型。 - 【請求項14】 見掛け密度が0.04g/cm3〜
0.80g/cm3の発泡体である繊維性成形品。 - 【請求項15】 見掛け密度が0.05g/cm3〜
0.60g/cm3の発泡体である繊維性成形品。
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JP07256814A JP3084216B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 繊維性成形品の成形方法 |
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