JP2006175640A

JP2006175640A - 木質系成型品の製造方法

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Publication number: JP2006175640A
Application number: JP2004369253A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Tanaka; 康敬田中
Original assignee: SHOKEN KK
Current assignee: SHOKEN KK
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】間伐材の有効利用につながるとともに、機械的強度が極めて高く実用的な木質系成型品が望まれている。
【解決手段】木質系成型品の製造方法は、薄板木片２の表面３，４，５に、この薄板木片２の一面３の対角線長を超える長さの補強用繊維６と木用接着剤７を付着させて成型材料１を得、この成型材料１を加熱圧縮成型してテーブル板などの木質系成型品を得るものである。また、補強用繊維６がアラミド繊維および／または炭素繊維から成るものである。そして、木用接着剤７がニカワとポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤を主成分として含んで成るものである。更には、薄板木片２が平面矩形状に形成され、薄板木片２の平面各辺の辺長が８ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ、板厚ｔが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば間伐材を原材料として得られる実用的な木質系成型品の製造方法に関するものである。

スギやヒノキは戦前・戦中に大量に植林されて今日に至っているが、米松など安価な外材の普及により利用が激減しており、スギ林やヒノキ林には手入れが行き届かなかった。そこで、近年、スギ林やヒノキ林の健全な育成化が叫ばれている。このようなスギ林やヒノキ林の育成には、適当な伐採量で適切な周期の間伐作業が不可欠となる。かかるスギ林やヒノキ林に間伐作業を施すと大量の間伐材を生じるが、間伐材が大量に使用される適当な用途は見つかっておらず、止むなく産業廃棄物として処分されているのが実情である。一方で、スギやヒノキは、針葉樹特有の杢目構造を持っていることと、広葉樹特有の髄線を持たないことから、木目が弱い、すなわち縦横いずれの方向にも機械的強度が弱いという欠点を有している。

そこで、木粉状またはチップ状の木質材料に、ホットメルト接着剤の作用をなす熱可塑性の合成繊維（飽和ポリエステル繊維やポリアミド繊維など）を混合し、その混合物を合成繊維の溶融温度以上で加熱圧縮成型することにより木質材料間を接着して、板状その他の木質系成型品を製造する技術が下記の特許文献１に提案されている。かかる技術により、スギやヒノキの間伐材を有効利用することが考えられる。

特開平１１−９０７号公報

しかしながら、特許文献１により得られた成型品では、周囲温度が合成繊維の溶融温度以上になると、接着剤の機能を呈する合成繊維が融解して成型品の形状が崩壊してしまう。そのため、特許文献１の成型品は、台所周辺商品、ストーブ周辺商品、または、耐熱性の要求される建材などに使用することができない。すなわち、スギやヒノキの間伐材の大量利用につながっていなかったのである。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、間伐材の有効利用につながるとともに、機械的強度が極めて高く実用的な木質系成型品の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る木質系成型品の製造方法は、薄板木片の表面に、該薄板木片の平面の対角線長を超える長さの補強用繊維と木用接着剤を付着させて成型材料を得、該成型材料を加熱圧縮成型して木質系成型品を得る構成にしてある。

また、前記構成において、補強用繊維がアラミド繊維および／または炭素繊維から成るものである。

そして、前記した各構成において、木用接着剤がニカワとポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤を主成分として含んで成るものである。

更に、前記した各構成において、薄板木片が平面矩形状に形成され、薄板木片の平面各辺の辺長が８ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ、板厚が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下にされたものである。

本発明に係る木質系成型品の製造方法によれば、薄板木片の表面に、該薄板木片の平面の対角線長を超える長さの補強用繊維と木用接着剤を付着させて成型材料を得るようにしてあるので、薄板木片の表面に補強用繊維が付着した際に、薄板木片表面の一端から他端にまで達する補強用繊維や、繊維端部が薄板木片表面の縁部から外方へ突出した補強用繊維が多くなる。このような材料から加熱圧縮成型により木質系成型品が得られるので、成型品内部構造において、薄板木片自体の強度が高くなり、かつ、薄板木片表面の縁部から突出した補強用繊維の繊維端部が、隣の薄板木片から突出した補強用繊維の繊維端部との絡み合うことにより更に機械的強度が高くなる。従って、機械的強度の高い実用的な木質系成型品を提供することができる。また、スギやヒノキなどの間伐材を原料とすることにより無駄に廃棄処分することなく、有効に利用することが可能となる。

また、補強用繊維としてアラミド繊維および／または炭素繊維を用いた場合、これらアラミド繊維および炭素繊維は各種補強用繊維のなかでも最上級に高い引張り強度と引張り弾性率を持っているので、出来上がった木質系成型品も機械的強度の高いものが得られる。

そして、本発明に用いる木用接着剤のうち、ニカワは木の接着に適しており、ポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤は木の接着はもとよりアラミド繊維および炭素繊維の接着にも適している。これらのニカワとポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤はいずれも加熱圧縮成型にかけられると水分が蒸発して固化し、堅牢度および耐久性が非常に高くなる。従って、これらの木用接着剤を用いると、機械的強度が極めて高い堅牢な木質系成型品を得ることができる。また、ニカワは天然物由来であり、ポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤も生体に対してやさしいので、身辺に置かれる日用品や家具用として好適に使用可能である。また、熱に強いので、２００℃程度では成型品が変形したり崩壊したりしない。従って、コンロやストーブ周りの商品、あるいは建材などの、成型品に好適である。

更に、薄板木片を平面矩形状に形成し、薄板木片の平面各辺の辺長を８ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ、板厚を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下にした場合は、薄板木片が適度の大きさであるから、製材作業および切削作業に多大な手間とコストがかからず、かつ、所定平面形状の薄板木片を無理なく得ることができる。また、加熱圧縮成型時に受ける曲げ変形にも十分に対応できるので、加熱圧縮成型により得られた成型品の強度や外観を損なわない。

本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。ここに、図１は本発明の一実施形態に用いる成型材料の外観図、図２は前記成型材料の表面近傍を示す部分拡大断面図、図３は前記成型材料に用いる薄板木片と補強用繊維を示す正面図である。
各図において、成型材料１は、薄板木片２と、薄板木片２の表面３，４，５に散在する無数の補強用繊維６，６，６，・・・と、これらの補強用繊維６，６，６，・・・とともに薄板木片２の表面３，４，５に付着した木用接着剤７とから成っている。この成型材料１は加熱圧縮成型前の状態のものであり、木用接着剤７は未だ固化していない。

前記の薄板木片２は、例えばスギやヒノキの間伐材を原料として切り出される。薄板木片２は一面３または他面４から見て矩形状に形成され、各辺の辺長Ａ，Ｂがいずれも２５ｍｍであり、板厚ｔが０．７ｍｍとなっている。

補強用繊維６は薄板木片２の一面３（または一面３と反対側の他面４）の対角線Ｃの長さＤ（≒３５ｍｍ）を超える長さＥ（＝６５ｍｍ）のものが使用されている。前記のように補強用繊維６の繊維長を設定したのは、薄板木片２の平面上で最も長い寸法は一面３の対角線Ｃの長さＤであるから、この対角線Ｃの長さＤよりも補強用繊維６の長さＥを長くしておけば、薄板木片２の一面３上に補強用繊維６が曲がりくねって付着しても、或る辺から別の辺まで達する補強用繊維６や、薄板木片２の各辺から外方へ端部６Ｂが突出した補強用繊維６が多くなる。これにより、薄板木片２自体の強度が大きくなることは無論のこと、或る薄板木片２から突出した補強用繊維６の端部６Ｂが他の薄板木片２から突出した補強用繊維６の端部６Ｂとの絡み合う頻度が高くなるからである。

かかる補強用繊維６としては、高引張り強度と高弾性率を示すパラ型のアラミド繊維（例えばコポリパラフェニレン−３，４‘−オキシジフェニレンテレフタラミド）が使用される。このアラミド繊維は補強に好適なチョップドファイバーが使用され、ファイバー長は６５ｍｍである。アラミド繊維は単繊維の断面が円形で、繊維の太さは約１．７ｄｔｅｘ、密度が１．３９ｇ／ｃｍ³である。このアラミド繊維の機械特性は、引張り（破断）強度が約２４．７ｃｎ／ｄｔｅｘ（３５０ｋｇ／ｍｍ²）、引張り弾性率が約５２０ｃｎ／ｄｔｅｘ（７４００ｋｇ／ｍｍ²）、破断伸度が４．６０％である。かかる機械特性は、同一重量で、鋼材の約８倍、ガラス、ポリエステル、ナイロンの約３倍に相当し、成型材料および成型品の軽量化に寄与する。また、繊維の分解開始温度は約５００℃で、２５０℃でも常温下の半分以上の強度を示し、２００℃では長時間の使用に耐えるものである。

木用接着剤７は、ニカワ（６０重量部）、ポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤（４０重量部）と、水溶性溶剤（この場合は湯水であり、３０重量部）との混合物である。具体的には、予めニカワ粉材を７０℃程度の湯水に溶かし、これに、ポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤として市販汎用の木工用ボンドを加えて十分に撹拌混合したものである。

引続き、成型品として食卓などのテーブル板を製造する例を図４の工程図に従って説明する。
まず、スギまたはヒノキの間伐材を製材機に供して角材８（図５（ａ）参照）を製材する（工程S１）。この場合、角材８の根元から末口に向かう２つの縦溝２２，２２を横幅方向に２５ｍｍ間隔で形成しておく。次に、角材８をカンナ状の切削機に供し、角材８の根元の切口９側から木目方向（矢印２４方向）に沿って所定厚みで切削し、平面に見て略正方形の薄板木片２,２，２，・・・（図５（ｂ）参照）を製造する（工程S２）。図５（ａ）において、２点鎖線２３ａは１回目の切削予想線、２点鎖線２３ｂは２回目の切削予想線、２点鎖線２３ｃは３回目の切削予想線をそれぞれ示している。
このようにして得られた薄板木片２，２，２，・・・を煮釜の熱湯中で十分に煮沸して殺菌し、製品化後の虫食いを防ぐ（工程S３）。煮沸殺菌を終えた薄板木片２，２，２，・・・は煮釜から取り出され、常温常圧下で自然乾燥される（工程S４）。そして、乾燥後の薄板木片２，２，２，・・・は液貯槽の４５ｗｔ％硫酸銅水溶液中に３５分間浸漬されて周知の防炎処理が施される（工程S５）。液貯槽から取り出された薄板木片２，２，２，・・・は常温常圧下で自然乾燥される（工程S６）。

乾燥後の薄板木片２，２，２，・・・は、続く糊付け工程S７に供される。この糊付け工程S７では、図６に示す装置が使用される。この装置では、薄板木片２，２，２，・・・を所定の送出速度で送り出して落下させるように薄板木片２の搬送経路の両側に対向配置された一対のゴムローラ１１,１１と、ゴムローラ１１,１１から混合装置１８までの搬送経路の途中に配備された接着剤供給装置１３とから、木片糊付け装置が構成されている。接着剤供給装置１３から引き出された木用接着剤の供給管１４は、途中で噴射ノズル１４Ｒに向かう管路と噴射ノズル１４Ｌに向かう管路とに分岐している。噴射ノズル１４Ｒは前記搬送経路途中の一側面に形成された開口部から搬送経路内を臨むように配置されており、搬送中の薄板木片２の一面３に木用接着剤を噴射塗布するようになっている。噴射ノズル１４Ｌは前記搬送経路途中の他側面に形成された開口部から搬送経路内を臨むように配置されており、搬送中の薄板木片２の他面４に木用接着剤７を噴射塗布するようになっている。この糊付け工程Ｓ７において、ゴムローラ１１,１１から送り出された薄板木片２は全ての表面（一面３、他面４、４つの側面５，５，５，５）に木用接着剤７が噴射ノズル１４Ｒ，１４Ｌから噴射されて表面全体を被う。木用接着剤７で被覆された薄板木片２は混合装置１８に送られる。

一方、補強用繊維６，６，６，・・・を均等量で供給するように補強用繊維６の搬送経路の両側に対向配置された一対のゴムローラ１５,１５と、ゴムローラ１５,１５から混合装置１８までの搬送経路の途中に配備された接着剤供給装置２１と、接着剤供給装置２１から引き出された木用接着剤の供給管１６の途中に連結されて木用接着剤を加圧するエアコンプレッサ１７とから、繊維糊付け装置が構成されている。接着剤供給装置２１から引き出された前記供給管１６は、その途中で噴射ノズル１６Ｒに向かう管路と噴射ノズル１６Ｌに向かう管路とに分岐している。噴射ノズル１６Ｒは繊維搬送経路途中の一側面に形成された開口部から搬送経路内を臨むように配置され、噴射ノズル１６Ｌは繊維搬送経路途中の他側面に形成された開口部から搬送経路内を臨むように配置されている。これらの噴射ノズル１６Ｒ,１６Ｌは、エアコンプレッサ１７からの圧搾空気により付勢された木用接着剤を、搬送中の補強用繊維６，６，６，・・・に噴射塗布するようになっている。

そこで、工程S８においてゴムローラ１５,１５から均等量ずつ送り出された補強用繊維６，６，６，・・・は、圧搾空気とともに噴射ノズル１６Ｒ，１６Ｌから噴射された木用接着剤７が付着したのちに混合装置１８に送られる（工程Ｓ９）。このように送られた木用接着剤７付きの薄板木片２および木用接着剤７付きの補強用繊維６は混合装置１８のニーダなどにより十分に撹拌、混合されて（工程S１０）、図１および図２に示したような中間原料としての成型材料１になる。

このようにして得られた無数の成型材料１,１,１,・・・は直ちにホットプレス機の成型金型内に流し込まれて加熱圧縮成型される（工程S１１）。この実施形態において、金型内形状は、例えば食卓のテーブル板の外殻形状を成している。加熱圧縮成型の処理条件は例えば温度が１０５℃、圧力が１２０ＭＰａ、プレス時間が６０分間である。このホットプレスにより、木用接着剤７や薄板木材２中の水分が蒸散し、木用接着剤７中のニカワおよびポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤が固化する。こうして得られた木質系成型品を図７に示す。テーブル板（木質系成型品）２０の内部拡大断面を表わした円Ｆ内において、符号７Ａはテーブル板２０中で固まった木用接着剤、２Ａはテーブル板２０中で固定された薄板木材、６Ａはテーブル板２０中で固定された補強用繊維である。この場合、隣合った薄板木材２Ａ,２Ａは、木用接着剤７Ａを介して接着固定されていることは言うまでもなく、各薄板木材２Ａの辺部から外方へ突出した補強用繊維６Ａの端部６Ｂ同士も絡まり合って接合力を高め、更に端部６Ｂ同士の絡み合い部分が木用接着剤７Ａで固められていることにより、テーブル板２０の機械的強度が汎用の合板などと比べて格段に高くなっている。

以上述べたように、この実施形態によれば、薄板木材１の表面に木用接着剤７とともに付着した補強用繊維６,６，６，・・・により薄板木材２自体の機械的強度が補われる。加えて、薄板木材２から突出した補強用繊維６の端部６Ｂも隣合う成型材料１の補強用繊維６の端部６Ｂと絡み合うので、機械的強度が元々低いスギやヒノキなどの薄板木材２であっても、中間原料たる成型材料１、ひいては機械的強度の高い木質系成型品２０を実用的に得ることができる。また、スギやヒノキの養木１５〜４０年生の育成時に生じる間伐材を無駄に廃棄処分することなく有効に利用することができる。

尚、上記の実施形態では、平面正方形状の薄板木材２を用いた成型材料１の例を示したが、本発明それに限定されるものでない。例えば、図８に示すように、平面長方形状の薄板木材２ａを用いた成型材料１ａを木系成型品の中間原料として使用することも可能である。薄板木材２ａは、一面３または他面４から見て長方形（矩形）状に形成され、辺長Ａが２５ｍｍ、辺長Ｂ１が１０ｍｍであり、板厚ｔが０．８ｍｍである。この成型材料１ａの場合も、補強用繊維６は繊維長が薄板木材２ａの一面３または他面４における対角線よりも長いものが使用されている。これにより、薄板木材２ａの各辺部からはみ出した端部６ｂを持つ補強用繊維６が現われ、成型時に隣合った成型材料１ａの補強用繊維６の端部６ｂと絡み合って機械的強度を格段に向上させることとなる。

このように本発明において、平面矩形状に形成した薄板木片は、平面各辺の辺長を８ｍｍ以上３０ｍｍ以下に、板厚を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下にすることが好ましい。平面各辺の辺長が８ｍｍを下回ると、薄板木片が小さくて製材作業および切削作業に手間とコストがかかるという不具合を生じる。一方、平面各辺の辺長が３０ｍｍを超えると、ホットプレス時に要求される曲げ変形に対応できずに途中部分で破断し出来上がった成型品の強度や外観を損なうおそれがある。そして、薄板木片の板厚を極度に薄くしようとすると、原料材の切削途中で破断して薄板木片が所望の平面形状にならないことがある。すなわち、板厚が０．５ｍｍを下回る薄板木片は所定形状のものが得られないことが多くなる。一方、板厚が１．５ｍｍを超えるとホットプレス時に要求される曲げ変形に対応できなくなる。
但し、本発明における薄板木片の平面形状は、既述のような矩形状に限らず、例えば、円形、三角形、その他の形状であっても構わない。

また、本発明の補強用繊維としては、既述のアラミド繊維に替えて、あるいはアラミド繊維と併用して、炭素繊維を使用することができる。かかる炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維よりもＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維を用いる方が高い引張り強度および圧縮強度の双方を満たせる点で好適である。そして、本発明の木用接着剤としては薄板木片同士および薄板木片と補強用繊維とを接着できるものであれば特に限定されないが、上記のニカワおよびポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤を使用するのが最も望ましい。

以上に述べた本発明の製造方法により得られる木質系成型品は、例えば家具、室内装飾、建築、船舶、車両などに用いられる成型品に適用することができる。

本発明の一実施形態に用いる成型材料の外観図である。前記成型材料の表面近傍を示す部分拡大断面図である。前記成型材料に用いる薄板木片と補強用繊維を示す平面図である。本実施形態の木質系成型品を製造する手順を示す工程図である。薄板木片を製作する態様を示す図であって、（ａ）は原料である角材の外観図、（ｂ）は角材を切削して薄板木片を得る態様図である。前記薄板木片に接着剤および補強用繊維を処理する態様を示す正面構成図である。前記成型材料を用いて得られたテーブル板の外観図である。本発明の別の実施形態に係る成型材料の外観図である。

符号の説明

１，１ａ成型材料
２，２ａ薄板木片
３一面
４他面
５側面
６補強用繊維
６Ｂ端部
７木用接着剤
２０テーブル板（木質系成型品）
Ａ，Ｂ，Ｂ１辺長
Ｃ対角線
Ｄ，Ｅ長さ
Ｓ７, Ｓ８, Ｓ９,Ｓ１０,Ｓ１１工程
ｔ板厚

Claims

薄板木片の表面に、該薄板木片の平面の対角線長を超える長さの補強用繊維と木用接着剤を付着させて成型材料を得、該成型材料を加熱圧縮成型して木質系成型品を得る木質系成型品の製造方法。
補強用繊維が、アラミド繊維および／または炭素繊維から成る請求項１に記載の木質系成型品の製造方法。
木用接着剤が、ニカワとポリ酢酸ビニルエマルジョン接着剤を主成分として含んで成る請求項１または請求項２に記載の木質系成型品の製造方法。
薄板木片が平面矩形状に形成され、薄板木片の平面各辺の辺長が８ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ、板厚が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の木質系成型品の製造方法。