JP7810077B2 - 繊維含有ボード部材の製造方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示される技術は、繊維含有ボード部材および繊維含有ボード部材の製造方法に関する。

従来、例えば車両においてトリムボードとして使用された繊維含有樹脂部材をリサイクルする技術が知られている。例えば、廃材となった繊維含有樹脂部材を粉砕し、住宅建材等にリサイクルする技術が知られている。また、廃材となった繊維含有樹脂部材を繊維方向に細長い破砕片に破砕してその表面に結合剤を付着し、金型内で積層するとともに加熱して、結合剤を硬化させる技術が提案されている（下記特許文献１）。

特開２００４－３３８２２７号公報

上述したように、廃材となった繊維含有樹脂部材を粉砕する方法では、粉砕により樹脂部材中の繊維が短繊維化し、リサイクル製品の強度および剛性が低下してしまうという問題がある。また、繊維方向に細長い破砕片に破砕して得られた繊維含有樹脂に結合剤を付与し、積層して加熱したり、熱可塑性樹脂とともに押出成形する方法では、リサイクル製品の密度が高くなって軽量性が得られない問題がある。

本明細書に開示される技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、廃材としての繊維含有樹脂部材をリサイクル利用して、軽量化を実現しながら、強度が高い繊維含有ボード部材を提供することを目的とする。

本明細書に開示される技術は、不織布からなる板状の基材と、一方向に配向された複数の繊維が樹脂により結着された複数の繊維束とを含み、前記繊維束中の前記繊維が前記基材の板面に沿う方向に配向された状態で、前記複数の繊維束が前記基材に分散されるとともに前記基材と一体とされている繊維含有ボード部材である。

上記構成によれば、基材を不織布により構成して軽量化を実現しながら、基材に一体に設けられた複数の繊維束により、強度が高い繊維含有ボード部材を得ることができる。また繊維束は、一方向に配向された複数の繊維を含有する廃材としての樹脂部材をリサイクル利用することができる。つまり、廃材としての繊維含有樹脂部材を繊維の配向方向に沿って細断して複数の繊維含有樹脂片を切り出し、切り出した繊維含有樹脂片を基材に分散させ、加熱プレスすることで基材と一体化することができるから、廃材としての繊維含有樹脂部材をリサイクル利用することが可能となる。

前記複数の繊維束は、前記基材に対して、前記繊維束中の前記繊維が隣り合って配される前記繊維束中の前記繊維と同じ向きに配向されるように分散されていてもよい。

上記構成によれば、複数の繊維束中の繊維を同じ向きに配向させることにより、繊維含有ボード部材において繊維を配向させた方向の強度を高めることができる。

前記基材は、その不織布中に、当該基材の板面に沿う一方向に配向された基材側繊維を含み、前記繊維束中の前記繊維と前記基材側繊維とは、交差する方向に配向されていてもよい。

上記構成によれば、基材において比較的に強度が弱い方向（基材側繊維が配向された方向と交差する方向）に対する強度を繊維束によって高めることができる。つまり、繊維含有ボード部材全体の強度を高めることができる。

前記複数の繊維束は前記基材により覆われていてもよい。

当該繊維含有ボード部材は平坦な平坦部と、前記平坦部から立ち上がる立壁部とを有し、前記複数の繊維束は前記平坦部と前記立壁部との境界部分に設けられていてもよい。上記構成によれば、境界部分の強度を繊維束により高めることができる。

また、本明細書に開示される技術は、一方向に配向された複数の繊維を含有する樹脂部材を前記繊維の配向方向に沿って細断して複数の繊維含有樹脂片を切り出す細断工程と、複数の樹脂繊維をマット状に積層して不織布マットを形成する不織布マット形成工程と、前記細断工程により切り出された前記複数の繊維含有樹脂片を前記不織布マット上に分散させる分散工程と、前記複数の繊維含有樹脂片が分散された前記不織布マットを加熱プレスして前記複数の繊維含有樹脂片と前記不織布マットとが一体とされたプレボードを形成するプレボード形成工程と、前記プレボードを成形型によりプレス成形するプレス成形工程と、を実行する繊維含有ボード部材の製造方法である。

上記製造方法によれば、樹脂部材を細かく粉砕する従来の方法と比較して、繊維含有樹脂片に含まれる繊維の長さを長く保つことができるから、繊維含有ボード部材の強度や剛性を、樹脂部材を細かく粉砕する場合よりも向上させることができる。

前記分散工程において、前記複数の繊維含有樹脂片中の前記繊維が同じ向きに配向されるように前記複数の繊維含有樹脂片を分散させてもよい。

また、前記不織布マットは当該不織布マットの板面に沿う一方向に配向された不織布マット側繊維を含み、前記分散工程において、前記複数の繊維含有樹脂片中の前記繊維が前記不織布マット側繊維と交差する方向に配向されるように前記複数の繊維含有樹脂片を分散させてもよい。

本明細書に開示される技術によれば、廃材としての繊維含有樹脂部材をリサイクル利用して、軽量化を実現しながら、強度が高い繊維含有ボード部材を得ることができる。

実施形態１のトリムボードを示す斜視図 廃棄ドアトリムを細断する工程を示す模式図 不織布マット製造工程および分散工程を示す模式図 不織布マットの一部を示す模式平面図 繊維含有樹脂片が分散された状態の不織布マットの一部を示す模式平面図 不織布マットを加熱加圧装置に設置した状態を示す側面図 プレボードを形成する工程を示す側面図 プレボードを成形型に設置した状態を示す側面図 プレス成形工程を示す側面図 実施形態２のトリムボードを示す斜視図 繊維束が分散された状態の基材の一部を示す模式平面図 他の実施形態のトリムボードを示す断面図

＜実施形態１＞
実施形態１を図１から図９によって説明する。本実施形態では、繊維含有ボード部材としてのトリムボード１０について、その構成と製造方法について例示する。

まず、トリムボード１０について説明する。このトリムボード１０は、自動車等の車両用ドアの内側に配置されるドアトリムの一部を構成するものであって、図１に示すように、略平坦な板状の平坦部１１と、平坦部１１の端縁部から立ち上がる立壁部１２とを備えて構成されている。

トリムボード１０は、繊維及び熱可塑性樹脂を含む不織布からなる基材１３を主体としており、この基材１３のうち平坦部１１と立壁部１２との境界部分およびその周辺領域に複数の繊維束２２が分散され、基材１３と一体とされた構成とされている。

一の繊維束２２は、一方向に配向する複数の繊維が熱可塑性樹脂により部分的に結着され、一塊とされた状態のものである。なお、各繊維の配向方向は、その一部が上記一方向に配向していない場合も概ね一方向に配向しているとみなすこととする。本実施形態において複数の繊維束２２は、平坦部１１と立壁部１２との境界部分およびその周辺領域において、各繊維束２２中の繊維が基材１３の板面に沿う方向に配向され、かつ、隣り合う繊維束２２中の繊維とは配向方向が一致しないランダムな向きで分散されている。

以下、基材１３に含まれる繊維及び熱可塑性樹脂を基材側繊維１４および基材側熱可塑性樹脂とし、繊維束２２に含まれる繊維及び熱可塑性樹脂を繊維束側繊維（図示せず）および繊維束側熱可塑性樹脂とし、区別しない場合を繊維及び熱可塑性樹脂として説明する。

トリムボード１０を構成する繊維としては、木材等を解織して得た木質繊維、ケナフ等の靭皮植物繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、合成樹脂繊維等から選ばれる繊維を採用することができる。これらの中でもケナフ等の靭皮植物繊維は、繊維自体が空隙を有しているため、軽量化の点で好ましい。

また熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸等の熱可塑性樹脂を採用することができる。基材側繊維と繊維束側繊維とは、同種の繊維であってもよく、異種の繊維であってもよい。また、基材側熱可塑性樹脂と繊維束側熱可塑性樹脂とは、同種の熱可塑性樹脂であってもよく、異種の熱可塑性樹脂であってもよい。

本実施形態では、基材側繊維１４および繊維束側繊維はともにケナフ繊維とされ、基材側熱可塑性樹脂および繊維束側熱可塑性樹脂はともにポリプロピレンとされている。

次にトリムボード１０の製造方法について説明する。本実施形態のトリムボード１０は、リサイクル材としての廃棄ドアトリム２０を一部に使用して形成される。

＜細断工程＞
まず、リサイクル材として、一方向（図２の左右方向）に配向された複数のケナフ繊維を含有する熱可塑性樹脂からなる廃棄ドアトリム（樹脂部材の一例）２０を、ケナフ繊維の配向方向に沿ってマッチ棒状に細断する（図２参照）。図２において、廃棄ドアトリム２０の縁部の内側に描かれている直線は、切断線の一例を示している。これにより、一方向に配向された複数のケナフ繊維を含有する複数の繊維含有樹脂片２１が切り出される。

＜不織布マット形成工程＞
次に、基材１３を構成するための熱可塑性樹脂繊維（ポリプロピレンの繊維）および植物繊維（ケナフ繊維）をマット状に積層して、トリムボード１０の基材１３の基となる不織布マット１３Ｍを形成する。不織布マット１３Ｍは、不織布マット製造装置３０を用いて製造される。

不織布マット製造装置３０は、図３に示すように、繊維供給部３１と、フィードコンベア３２と、開繊シリンダ３３と、コンベア３４と、吸引装置３５と、交絡装置３６と、カッター３７と、を備えて構成されている。

繊維供給部３１に投入され、混合状態とされた熱可塑性樹脂繊維（プリプロピレン繊維）および植物繊維（ケナフ繊維）の混合繊維１５は、フィードコンベア３２によって開繊シリンダ３３に供給される。開繊シリンダ３３は、円筒状をなすシリンダ本体３３Ａの表面（外周面）に複数の突起部３３Ｂを備えてなり、中心軸Ｌ１を中心として、図３中時計回りに回転する。回転する開繊シリンダ３３は、フィードコンベア３２から送られた混合繊維１５を、突起部３３Ｂで引っ掻くようにして開繊することが可能となっている。また、開繊シリンダ３３が回転することで、混合繊維１５は、開繊シリンダ３３の表面（突起部３３Ｂ）に引っ掛けられることで上方に搬送され、その後、開繊シリンダ３３の回転による遠心力によって、空中に放出される。なお、図３において開繊シリンダ３３の回転方向を矢線Ａ１で示す。

開繊シリンダ３３の外周には、ストリッパーローラ３８及びウォーカローラ３９が設けられており、それらの各表面にも複数の突起部が形成されている。ウォーカローラ３９は、開繊シリンダ３３との間に混合繊維１５を通過させることで、その混合繊維１５に対して開繊処理を施す機能を有しており、ストリッパーローラ３８は、ウォーカローラ３９の表面に付着した混合繊維１５を剥離する機能を有している。

コンベア３４は網目状をなすメッシュコンベアとされ、その上面３４Ａに混合繊維１５を堆積させることが可能である。コンベア３４の下方には吸引装置３５が配されており、空気を吸引することで、混合繊維１５をコンベア３４の上面３４Ａに吸引可能とされている。コンベア３４は、上面３４Ａに混合繊維１５を堆積させつつ混合繊維１５の層を図３の右側に搬送することで、繊維ウェブ１３Ｗを形成する。なお、コンベア３４による混合繊維１５の搬送方向を矢線Ａ２で示す。

この時、繊維ウェブ１３Ｗにおける各繊維（混合繊維１５）の配向方向は、概ね所定の方向に揃えられる。具体的には、繊維ウェブ１３Ｗにおける混合繊維１５の配向方向は、不織布マット製造装置３０における繊維ウェブ１３Ｗの搬送方向（図３の左右方向）に沿うものとされる。

交絡装置３６は、例えば、ニードルパンチ装置とされ、繊維ウェブ１３Ｗに含まれる繊維同士を交絡させることで、繊維ウェブ１３Ｗを不織布マット１３Ｍとすることが可能な構成とされている。交絡された繊維ウェブ１３Ｗ（不織布マット１３Ｍ）は、カッター３７により所定の大きさに裁断される。

図４は不織布マット１３Ｍの一部を模式的に表した平面図であって、図中左右方に延びる多数の線は、不織布マット１３Ｍ中のケナフ繊維（基材側繊維１４）を表している。なお、各ケナフ繊維は、その一部が不織布マット１３Ｍの厚み方向に交絡しているが、概ね一方向（図４の左右方向）に配向しているとみなすこととする。

＜分散工程＞
不織布マット形成工程において所定の大きさに細断された不織布マット１３Ｍは、分散装置４０に搬送される（図３参照）。分散装置４０は、上述した繊維含有樹脂片２１を不織布マット１３Ｍ上に分散させるものである。分散装置４０は、不織布マット１３Ｍに対し、複数の繊維含有樹脂片２１をランダムに分散させることもでき、繊維含有樹脂片２１に方向性を付与しつつ分散させることもできる。また、分散装置４０は、繊維含有樹脂片２１を不織布マット１３Ｍ全体に分散させることもでき、不織布マット１３Ｍの所定の領域に分散させることもできる。

本実施形態において繊維含有樹脂片２１は、不織布マット１３Ｍの後述する特定の領域にランダムに（方向性を持たずに）分散されるものとする。図５は繊維含有樹脂片２１が分散された不織布マット１３Ｍの一部を模式的に表した平面図であって、図中ランダムな向きで散在する多数の片は、分散された繊維含有樹脂片２１を表している。

分散装置４０により繊維含有樹脂片２１が分散された不織布マット１３Ｍは、加熱加圧装置４５に搬送される。

＜プレボード形成工程＞
加熱加圧装置４５は例えば熱板プレス装置や熱ベルトプレス装置等からなり、通電によって発熱するヒータなどの発熱手段を備えている。繊維含有樹脂片２１が分散された不織布マット１３Ｍは、加熱されつつ、又は、加熱の後に加圧される（図６および図７参照）。この時の加熱温度は、不織布マット１３Ｍに含まれる熱可塑性樹脂繊維（基材側熱可塑性樹脂）および繊維含有樹脂片２１に含まれる熱可塑性樹脂（繊維束側熱可塑性樹脂）が溶融する温度以上とされる。これにより、不織布マット１３Ｍに含まれる熱可塑性樹脂繊維および繊維含有樹脂片２１に含まれる熱可塑性樹脂が溶融し、基材側繊維１４同士、および基材側繊維１４と繊維束２２とを互いに結着するバインダーとして機能することになる。つまり、基材側繊維１４および繊維束側繊維が熱可塑性樹脂により結着された平板状のプレボード１０Ｐが形成される。プレボード１０Ｐは、車両用内装材の製品形状（トリムボード１０）に成形される前の状態である。

＜プレス成形工程＞
次に、プレボード１０Ｐをプレス成形する。プレス成形工程では、まず、プレボード形成工程により作製されたプレボード１０Ｐを、成形型５０の開状態にある上型５１と下型５２との間にセットし（図８参照）、上型５１及び下型５２を型閉じする（図９参照）。

上型５１は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、下型５２（固定型）に対して移動が可能な可動型とされる。上型５１を下型５２に対して接近離間させることで上型５１及び下型５２の型閉じ及び型開きが可能な構成となっている。

下型５２は、上型５１との対向面である成形面５２Ａが上型５１に向かって突き出す形状をなしている。また、上型５１は、下型５２との対向面である成形面５１Ａが、下型５２の形状に対応して凹む形状をなしている。

上型５１は、図９に示すように、上型５１及び下型５２が型閉じされた閉状態では、下型５２に対して、トリムボード１０の板厚に等しい距離だけ離間して対向配置される。つまり、閉状態では上型５１と下型５２との間にはトリムボード１０を成形するための基材成形空間Ｓ１が形成される。これにより、上型５１及び下型５２でプレボード１０Ｐをプレスすると、プレボード１０Ｐが基材成形空間Ｓ１の形状に対応する形に圧縮され、トリムボード１０が成形される構成となっている。なお、トリムボード１０の板厚、すなわち、閉状態における上型５１および下型５２の離間距離は、プレボード１０Ｐの板厚よりも小さいものとされる。

なお、上述した分散装置４０は、不織布マット１３Ｍのうち、トリムボード１０の平坦部１１と立壁部１２との境界部を含む周辺領域となる領域に繊維含有樹脂片２１を分散させるように、制御されている。

この後、上型５１及び下型５２を開き、トリムボード１０を脱型する。これにより、トリムボード１０の製造が完了する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態のトリムボード１０は、不織布からなる板状の基材１３と、一方向に配向された複数の繊維が樹脂により結着された複数の繊維束２２とを含み、繊維束２２中の繊維が基材１３の板面に沿う方向に配向された状態で、複数の繊維束２２が基材１３に分散されるとともに基材１３と一体とされている。

上記構成によれば、基材１３を不織布により構成して軽量化を実現しながら、基材１３に一体に設けられた複数の繊維束２２により、強度が高いトリムボード１０を得ることができる。また繊維束２２は、一方向に配向された複数の繊維を含有する廃材としての廃棄ドアトリム２０をリサイクル利用することができる。つまり、廃材としての廃棄ドアトリム２０を繊維の配向方向に沿って細断して複数の繊維含有樹脂片２１を切り出し、切り出した繊維含有樹脂片２１を基材１３（不織布マット１３Ｍ）に分散させ、加熱プレスすることで基材１３と一体化することができるから、廃棄ドアトリム２０をリサイクル利用することが可能となる。

また、トリムボード１０は平坦な平坦部１１と、平坦部１１から立ち上がる立壁部１２とを有し、複数の繊維束２２は平坦部１１と立壁部１２との境界部分およびその周辺領域に設けられている。上記構成によれば、境界部分およびその周辺領域の強度を繊維束２２により部分的に高めることができる。

また、本実施形態のトリムボード１０の製造方法は、一方向に配向された複数の繊維を含有する廃棄ドアトリム２０を繊維の配向方向に沿って細断して複数の繊維含有樹脂片２１を切り出す細断工程と、複数の混合繊維１５をマット状に積層して不織布マット１３Ｍを形成する不織布マット形成工程と、細断工程により切り出された複数の繊維含有樹脂片２１を不織布マット１３Ｍ上に分散させる分散工程と、複数の繊維含有樹脂片２１が分散された不織布マット１３Ｍを加熱プレスして複数の繊維含有樹脂片２１と不織布マット１３Ｍとが一体とされたプレボード１０Ｐを形成するプレボード形成工程と、プレボード１０Ｐを成形型５０によりプレス成形するプレス成形工程と、を実行する。

このような製造方法によれば、廃棄ドアトリム２０を細かく粉砕する従来の方法と比較して、繊維含有樹脂片２１に含まれる繊維の長さを長く保つことができるから、トリムボード１０の強度や剛性を向上させることができる。

このように、本実施形態によれば、廃棄ドアトリム２０をリサイクル利用可能となり、軽量化を実現しながら、強度が高いトリムボード１０を得ることができる。

＜実施形態２＞
上記実施形態１では、基材１３の境界部およびその周辺領域に繊維束２２をランダムな向きで分散させた形態を示したが、本実施形態は、図１０に示すように、繊維束１２２が、トリムボード１１０の基材１１３に対して、配向方向を揃えて分散された構成とされている。なお、繊維束１２２の配向方向は、基材側繊維１１４の配向方向と垂直に交差する方向とされている（図１１参照）。

つまり、本実施形態のトリムボード１１０は、複数の繊維束１２２が、基材１１３に対して、繊維束１２２中の繊維束側繊維が隣り合って配される繊維束１２２中の繊維束側繊維と同じ向きに配向されるように分散されている。

このような構成によれば、複数の繊維束１２２中の繊維を同じ向きに配向させることにより、トリムボード１１０において繊維束１２２中の繊維を配向させた方向（図１１における上下方向）の強度を高めることができる。

また、基材１１３は、その不織布中に、当該基材１１３の板面に沿う一方向に配向された基材側繊維１１４を含み、繊維束１２２中の繊維と基材側繊維１１４とは、垂直方向に交差する方向に配向されている。

上記構成によれば、基材１１３において比較的に強度が弱い方向（基材側繊維１１４が配向された方向と交差する方向）に対する強度を繊維束１２２によって高めることができる。つまり、トリムボード１１０全体の強度を高めることができる。

＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、基材１３、１１３の境界部およびその周辺領域に繊維束２２、１２２を分散させる形態を示したが、基材全体に繊維束を分散させる構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、基材１３、１１３が基材側繊維１４、１１４を含む形態を示したが、基材が基材側繊維を含まない場合も本明細書に記載の技術を適用することができる。

（３）上記実施形態では、基材１３、１１３の表面に繊維束２２、１２２を一体に設ける構成を示したが、例えば、図１２に示すように、基材２１３の内側に繊維束２２２を設ける、所謂サンドイッチ構造とすることもできる。

（４）上記実施形態では、繊維束２２、１２２が、複数の繊維が熱可塑性樹脂により結着されたものである形態を示したが、繊維束は、複数の繊維が熱硬化性樹脂により結着されたものであってもよい。

（５）本明細書に開示される技術は、車両用ドアトリムのトリムボード１０、１１０に限らず、種々の繊維含有ボード部材に適用可能である。また、繊維含有樹脂片２１の基となる廃棄ドアトリム２０（リサイクル材）も、廃棄ドアトリム２０に限らず、ドアトリムの規格部外品やプレス成形後の端材、他の繊維含有樹脂部材であってもよく、いずれも廃棄物の低減につなげることができる。

１０、１１０：トリムボード、１０Ｐ：プレボード、１１：平坦部、１２：立壁部、１３、１１３、２１３：基材、１３Ｍ：不織布マット、１４、１１４：基材側繊維（不織布マット側繊維）、２０：廃棄ドアトリム（樹脂部材）、２１：繊維含有樹脂片、２２、１２２、２２２：繊維束、３０：不織布マット製造装置、４０：分散装置、４５：加熱加圧装置、５０：成形装置

Claims (4)

1. 一方向に配向された複数の繊維を含有する樹脂部材を前記繊維の配向方向に沿って細断して複数の繊維含有樹脂片を切り出す細断工程と、
   複数の樹脂繊維をマット状に積層して不織布マットを形成する不織布マット形成工程と、
   前記細断工程により切り出された前記複数の繊維含有樹脂片であって、それぞれ前記複数の繊維が一方向に配向された前記複数の繊維含有樹脂片を前記不織布マット上に分散させる分散工程と、
   前記複数の繊維含有樹脂片が分散された前記不織布マットを加熱プレスして前記複数の繊維含有樹脂片と前記不織布マットとが一体とされたプレボードを形成するプレボード形成工程と、
   前記プレボードを成形型によりプレス成形するプレス成形工程と、を実行する繊維含有ボード部材の製造方法。
2. 前記分散工程において、前記複数の繊維含有樹脂片中の前記繊維が同じ向きに配向されるように前記複数の繊維含有樹脂片を分散させる請求項１に記載の繊維含有ボード部材の製造方法。
3. 前記不織布マットは当該不織布マットの板面に沿う一方向に配向された不織布マット側繊維を含み、
   前記分散工程において、前記複数の繊維含有樹脂片中の前記繊維が前記不織布マット側繊維と交差する方向に配向されるように前記複数の繊維含有樹脂片を分散させる請求項２に記載の繊維含有ボード部材の製造方法。
4. 前記分散工程において、前記複数の繊維含有樹脂片中の前記繊維が隣り合う前記繊維含有樹脂片中の前記繊維と配向方向が一致しないランダムな向きとなるように、前記複数の繊維含有樹脂片を分散させる請求項１に記載の繊維含有ボード部材の製造方法。