JP4242269B2

JP4242269B2 - 樹脂繊維成形体の製造方法

Info

Publication number: JP4242269B2
Application number: JP2003434439A
Authority: JP
Inventors: 光晴青山
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005186585A

Description

本発明は、ケナフなどの天然繊維を用いた主としてボード形状の樹脂繊維成形体を製造するための方法に関する。

この種の繊維成形体に関しては、例えば特許文献１に開示された技術が既に知られている。この技術では、ガラス繊維とポリエチレン繊維とを解繊、混合した後にパンチング加工を施して繊維マットとし、これの片側面に不飽和ポリエステル樹脂（熱硬化性樹脂）の溶液を噴射する。これを単板状にプレス成形した予備成形体を、熱硬化性樹脂の硬化温度以上で加熱するとともに、プレスで加圧して本成形体を成形している。
特開平１−２９８２６１号公報

従来の技術において、最終的には熱硬化性樹脂を硬化させることで、繊維同士を接着させて本成形体を成形している。しかし、熱硬化性樹脂は、再加熱しても軟化することはないので、一工程で予備成形体から本成形体まで成形する必要がある。つまり、予備成形体の状態で、熱硬化性樹脂の硬化温度まで加熱することはできない。したがって、予備成形体が繊維マットを単板状に圧縮されたものであっても、繊維の弾性力によって元のマット状態に戻ってしまう。その結果、予備成形体を嵩張った状態で本成形工程に搬送しなければならず、搬送効率がわるい。

そこで、熱可塑性樹脂を用いることにより、つぎのような方法を採用することも考えられる。例えば天然繊維に熱可塑性樹脂繊維を予め混入させた繊維マットを作り、この繊維マットを加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、かつ、プレス成形して冷却することで、板状の予備成形体とする。この予備成形体を本成形工程に搬送し、再加熱するとともに、プレスで加圧して本成形体を成形する。この方法によれば、予備成形体を容積の小さい状態で搬送することができるものの、熱可塑性樹脂の性状により、湿冷熱変化に対して変形しやすいなどの問題がある。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、熱硬化性樹脂を用いたことによる利点を有するにもかかわらず、二度の加熱成形を可能として搬送効率を高めることである。

本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、樹脂繊維成形体の製造方法であって、予備成形工程と、熱硬化性樹脂付着工程と、本成形工程と、プレス工程とからなる。予備成形工程では、天然繊維に熱可塑性樹脂を混入させた繊維マットを、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱して加圧することでプレボードを成形する。熱硬化性樹脂付着工程では、プレボードの内部もしくは表面に熱硬化性樹脂を付着させる。本成形工程では、熱硬化性樹脂付着工程後のプレボードを、熱硬化性樹脂の硬化温度以上で、かつ、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に再び加熱して加圧することで成形体を成形する。プレス工程は、熱硬化性樹脂付着工程と本成形工程との間において、プレボードを予備成形工程あるいは本成形工程での加圧力よりも小さい力で複数回連続して加圧する。

これにより、本成形工程で得られる成形体は、熱硬化性樹脂を用いたことによる利点、例えば低密度（軽量）であっても剛性が高く、かつ、湿冷熱変化に対して変形しにくい、といった利点を有するにもかかわらず、予備成形工程と本成形工程との二度の加熱成形が可能となる。この結果、繊維マットの搬送に代えて予備成形工程後のプレボードを搬送すれば、その容積が小さくて済み、搬送効率がよい。また、プレボードにおける天然繊維は、圧縮された薄肉状態で熱可塑性樹脂により固定されているので、本成形工程での成形効率がよい。
さらに、熱硬化性樹脂付着工程と本成形工程との間でのプレス工程において、プレボードを予備成形工程あるいは本成形工程での加圧力よりも小さい力で複数回連続して加圧することにより、熱硬化性樹脂付着工程後のプレボードが、いわばスポンジ効果を発揮し、熱硬化性樹脂を短時間で、かつ、均等にプレボード内に含浸させることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載された樹脂繊維成形体の製造方法であって、熱硬化性樹脂付着工程では、熱硬化性樹脂を含む液中にプレボードを浸漬し、このプレボードの内部に熱硬化性樹脂を含浸させている。
これにより、本成形工程の前に繊維マットがボード化されていても、このプレボードに対して、その内部にまで熱硬化性樹脂を効果的に含浸させることができる。また、プレボードの状態における天然繊維は、すでに熱可塑性樹脂で固定されているので、これを熱硬化性樹脂の入った液中に浸漬しても、天然繊維が液を吸収して膨張したり、剥がれ落ちたりすることが防止される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載された樹脂繊維成形体の製造方法であって、予備成形工程における繊維マットは、天然繊維に熱可塑性樹脂繊維を混入させている。
これにより、プレボードを成形するための繊維マットを、フォーミングマシンなどによって簡単に製造することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、自動車用のバックボードトリムの成形を例にして説明する。
図１は、バックボードトリムを成形するまでの各工程を表した模式図である。図２は、成形されたバックボードトリムを表した断面図である。図２で示すバックボードトリム（成形体１Ｃ）は、図１で示すマット成形工程、予備成形工程、ディピング工程、連続プレス工程、乾燥工程、本成形工程を実施することで得られる。

図１のマット成形工程では、ケナフなどの植物に含まれている繊維（天然繊維）と、ポリ乳酸を原料とする樹脂繊維（熱可塑性樹脂）とを混合した状態で、搬入コンベア１２によってフォーミングマシン１０に連続的に送り込む。この混合繊維の混合比率は、例えば天然繊維が95％、樹脂繊維（熱可塑性樹脂）が5％とする。そして、フォーミングマシン１０に送り込まれた混合繊維は、回転するドラム１４と、その外周部に位置する複数個のローラ１６との間を通過することによってマット状に整えられた後、搬出コンベア１８によって送り出される。搬出コンベア１８から搬出された繊維マット１Ａの厚みは、約15mmである。

図１の予備成形工程では、繊維マット１Ａを樹脂繊維（熱可塑性樹脂）の軟化温度（約200°）以上に加熱した状態で、加熱プレス機２０の上下金型２２間で加圧する。これによって繊維マット１Ａが圧縮され、板厚が3mm程度のプレボード１Ｂが成形される。この後、プレボード１Ｂを加熱プレス機２０から取り出して冷却する。プレボード１Ｂを構成している天然繊維は、圧縮された状態で熱可塑性樹脂により固定されているので、プレボード１Ｂが天然繊維の弾性力によって元の繊維マット１Ａの厚みに戻ることはない。なお、熱可塑性樹脂の混合比率は重量比で5％程度が最適であり、これ以上にするとプレボード１Ｂが軟らかくなりすぎて好ましくない。

プレボード１Ｂは、繊維マット１Ａに比べて容積が格段に小さくなっており、かさばらない状態で図１のディピング工程に搬送される。このディピング工程の液層３０内には、水に対してフェノール化リグニン（熱硬化性樹脂）を10〜30％の比率で混入させた分散液が入っている。熱硬化性樹脂として用いたフェノール化リグニンとは、木質材料から抽出できるリグニンにフェノール類が付加された樹脂である。プレボード１Ｂを液層３０内の分散液に浸漬させることにより、プレボード１Ｂの表面もしくは内部にフェノール化リグニン（熱硬化性樹脂）が付着する。このようにディピング工程は、プレボード１Ｂの内部もしくは表面に熱硬化性樹脂を付着させる工程であり、本発明の「熱硬化性樹脂付着工程」に相当する。

プレボード１Ｂの状態における天然繊維は、すでに熱可塑性樹脂で固定されていることから、プレボード１Ｂを分散液に浸漬させたときに、天然繊維が液を吸収して膨張したり、剥がれ落ちたりすることが防止される。また、分散液における熱硬化性樹脂の含有率が10％未満の場合は、成形体１Ｃの強度不足が懸念され、逆に含有率が30％を超える場合は、成形体１Ｃが硬くなり過ぎるとともに、重くなる。なお、プレボード１Ｂを液層３０内の分散液に浸漬させるディピング工程は、熱硬化性樹脂をプレボード１Ｂの表面に吹き付けるなどして塗布する工程に代えることも可能である。

図１の連続プレス工程では、ディピング工程で熱硬化性樹脂を付着させたプレボード１Ｂを、プレス機４０の上下金型４２間で複数回（例えば50回程度）連続して加圧する。この連続加圧により、プレボード１Ｂが、いわばスポンジのような効果を果たし、熱硬化性樹脂が効率よく、プレボード１Ｂの内部に行きわたる。この連続プレス工程におけるプレス機４０の加圧力は、予備成形工程あるいは本成形工程での加圧力よりも小さい圧力（約39×10³ Pa）に設定されている。なお、連続プレス工程のプレス機４０については、ローラープレス機に代えてもよい。

連続プレス工程を終えたプレボード１Ｂを乾燥させた後、図１の本成形工程に送る。この本成形工程では、プレボード１Ｂを約210°以上、すなわちフェノール化リグニン（熱硬化性樹脂）の硬化温度以上で、かつ、ポリ乳酸を原料とする樹脂繊維（熱可塑性樹脂）の軟化温度以上に再び加熱し、加熱プレス機５０の上下金型５２間で加圧する。これによって、例えば図２で示すようなハット型断面形状の成形体１Ｃ（製品あるいは半製品）が成形される。

本成形工程でのプレボード１Ｂは、熱可塑性樹脂が軟化しているものの、この熱可塑性樹脂によって天然繊維が薄肉状態に保持されているので、薄肉である分、加熱プレス機５０における金型５２のストロークが小さくて済み、成形体１Ｃの成形効率がよい。また、プレボード１Ｂが薄肉であることは、成形体１Ｃにおける凹部１Ｃ-1の縦壁部分１Ｃ-2が、本成形時に剪断されるような不具合も低減される。

図３は、予備成形工程におけるプレボード成形の試験結果を示した表である。この表で示す試験結果は、加熱プレス機２０の金型２２による加工時の隙間を、2.5〜5.0mmの範囲においては0.5mm間隔で、また5.0〜7.0mmの範囲では1.0mm間隔で変化させたものである。この試験結果から明らかなように、金型２２の加工隙間を2.5〜3.0mmに設定した場合、予備成形後におけるプレボード１Ｂの板厚が3.07〜3.5mm（ディピング後の板厚は4.4〜5.2mm）となり、本成形工程での成形性は許容範囲に収まっている。これに対し、金型２２の加工隙間が3.5mm以上では、予備成形後におけるプレボード１Ｂの板厚が3.9〜7.1mm（ディピング後の板厚は5.5〜8.0mm）となり、本成形工程での成形性がわるい。このことから、予備成形工程でのプレボード１Ｂの板厚は3.0mm以下に成形することが望ましく、板厚が3.0mmを超えた場合、例えば成形体１Ｃにおける凹部１Ｃ-1の縦壁部分１Ｃ-2が適正に成形されないこともある。

なお、本発明における実施の形態では、マット成形工程においてケナフ繊維を用いたが、天然繊維であれば、ジュートや麻などの植物繊維を用いることも可能である。また、熱可塑性樹脂として用いたポリ乳酸、あるいは熱硬化性樹脂として用いたフェノール化リグニンについても他の樹脂に代えることができる。さらに、本成形工程で成形される成形体１Ｃについては、バックボードトリムに限るものではなく、自動車内装用の各種トリム基材あるいは建材としての各種基材を対象とすることができる。

バックボードトリムを成形するまでの各工程を表した模式図成形後のバックボードトリムを表した断面図プレボード成形の試験結果を示した表

符号の説明

１Ａ繊維マット
１Ｂプレボード
１Ｃ成形体
２０加熱プレス機
４０プレス機
５０加熱プレス機

Claims

天然繊維に熱可塑性樹脂を混入させた繊維マットを、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱して加圧することでプレボードを成形する予備成形工程と、このプレボードの内部もしくは表面に熱硬化性樹脂を付着させる熱硬化性樹脂付着工程と、この熱硬化性樹脂付着工程後のプレボードを、熱硬化性樹脂の硬化温度以上で、かつ、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に再び加熱して加圧することで成形体を成形する本成形工程と、熱硬化性樹脂付着工程と本成形工程との間において、プレボードを予備成形工程あるいは本成形工程での加圧力よりも小さい力で複数回連続して加圧するプレス工程と、からなる樹脂繊維成形体の製造方法。
請求項１に記載された樹脂繊維成形体の製造方法であって、熱硬化性樹脂付着工程では、熱硬化性樹脂を含む液中にプレボードを浸漬し、このプレボードの内部に熱硬化性樹脂を含浸させている樹脂繊維成形体の製造方法。
請求項１又は２に記載された樹脂繊維成形体の製造方法であって、予備成形工程における繊維マットは、天然繊維に熱可塑性樹脂繊維を混入させている樹脂繊維成形体の製造方法。