JP2006240086A - 木材/プラスチック複合ボードおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造時間を短縮できるとともに、品質を安定させることができる複合ボードおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 複合ボード10は、(a)木質材料12とプラスチック材料14とを乾式混合することによって混合材料16を生成する工程と、(b)混合材料16をドライフォーミングすることによってフォーミングマット18aを成形する工程と、(c)フォーミングマット18aを熱圧プレスすることによって単層ボード18bを成形する工程と、(d)単層ボード18bの表面に積層材20bを積層する工程と、(e)単層ボード18bが冷える前に単層ボード18bおよび積層材20bを熱圧プレスによって一体化する工程とを経て製造される。したがって、肉厚が厚い場合でも(e)工程における熱圧プレスに要する時間を短くすることができ、全体の製造時間を短縮できるとともに、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止できる。
【選択図】 図1
【解決手段】 複合ボード10は、(a)木質材料12とプラスチック材料14とを乾式混合することによって混合材料16を生成する工程と、(b)混合材料16をドライフォーミングすることによってフォーミングマット18aを成形する工程と、(c)フォーミングマット18aを熱圧プレスすることによって単層ボード18bを成形する工程と、(d)単層ボード18bの表面に積層材20bを積層する工程と、(e)単層ボード18bが冷える前に単層ボード18bおよび積層材20bを熱圧プレスによって一体化する工程とを経て製造される。したがって、肉厚が厚い場合でも(e)工程における熱圧プレスに要する時間を短くすることができ、全体の製造時間を短縮できるとともに、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、建築材料(床材、壁材、天井材等)、家具材料または包装材料などの幅広い分野で使用される、木材/プラスチック複合ボードおよびその製造方法に関する。
近年では、環境問題の高まりに伴う資源の有効活用の要請から、廃木材や廃プラスチックを用いたボードが種々開発されている。その中でも、廃木材と廃プラスチックとの混合材料からなる木材/プラスチック複合ボードは、吸音性、耐衝撃性、耐水性、寸法安定性および経済性等に優れる点で建築業界等において注目されており、その一例が、特開2001−260108号(特許文献1)に開示されている。
従来の複合ボード1(特許文献1)は、図7に示すように、木材2とプラスチック3とを混合して混合材料4を生成する「混合工程」と、混合材料4をドライフォーミングすることによってフォーミングマット5を成形する「フォーミング工程」と、フォーミングマット5を熱圧プレスすることによってボード6を成形する「熱圧プレス工程」と、ボード6を冷間プレスする「冷間プレス工程」とを経て製造されるものであり、廃木材や廃プラスチックを利用してMDF(中密度繊維板)相当以上の物性を得られるという利点を有している。
特開2001−260108号公報
従来の複合ボード1(図7)では、1枚のフォーミングマット5をホット・コールドプレス方式でプレスすることによって製造されていたので、フォーミングマット5の肉厚が厚くなればなるほど、また、フォーミングマット5を構成するプラスチック3の密度が大きくなればなるほど、プラスチック3を溶融するのに必要な熱エネルギーが大きくなり、熱圧プレスの時間を長くする必要があった。そして、熱圧プレスの時間を長くすると、製造時間が長くなるだけでなく、複合ボード1の表面に「焼け」や「焦げ」が発生し、品質が損なわれるという問題があった。
それゆえに、この発明の解決課題は、製造時間を短縮できるとともに、「焼け」や「焦げ」の発生を防止して品質を安定させることができる、木材/プラスチック複合ボードおよびその製造方法を提供することである。
請求項1に記載した発明は、「(a)木質材料12とプラスチック材料14とを乾式混合することによって混合材料16を生成し、(b)前記混合材料16をドライフォーミングすることによってフォーミングマット18a,24a,30a,36a,46aを成形し、(c)前記フォーミングマット18a,24a,30a,36a,46aを熱圧プレスすることによって単層ボード18b,24b,30b,36b,46bを成形し、(d)前記単層ボード18b,24b,30b,36b,46bの表面に積層材20b,26b,26c,32,38b,44を積層し、(e)前記単層ボード18b,24b,30b,36b,46bが冷える前に前記単層ボード18b,24b,30b,36b,46bおよび前記積層材20b,26b,26c,32,38b,44を熱圧プレスによって一体化する、木材/プラスチック複合ボード10,22,28,34,42,48の製造方法」である。
この発明では、単層ボード18b,24b,30b,36b,46bと積層材20b,26b,26c,32,38b,44とを別々に成形し、これらを重ね合わせて熱圧プレスによって一体化するようにしているので、肉厚が厚い場合でも(e)工程における熱圧プレスに要する時間を短くすることができる。なお、(d)工程で積層される「積層材」としては、(c)工程で成形される「単層ボード」と同種または異種のボードや装飾性または耐熱性等を有するシート等が用いられ得る。
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の「木材/プラスチック複合ボードの製造方法」において、「(d)工程で積層される前記積層材は、木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形されたボード20b,26b,38bである」ことを特徴とするものである。
この発明は、(d)工程で積層される「積層材」として、(c)工程で成形される「単層ボード」と同種のボードを用いたものである。
請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載の「木材/プラスチック複合ボードの製造方法」において、「(d)工程では、前記単層ボードの表裏両面に前記積層材を積層する」ことを特徴とするものである。
この発明は、「単層ボード」の表裏両面に「積層材」を備える複合ボードを製造する方法に関する。
請求項4に記載した発明は、「請求項1に記載した木材/プラスチック複合ボードの製造方法で製造された複数の複合ボードを準備し、これらを冷える前に重ね合わせて熱圧プレスによって一体化する、木材/プラスチック複合ボードの製造方法」である。
この発明は、木質材料とプラスチック材料とからなる複合ボードを重ね合わせることによって、より厚肉の複合ボードを製造する方法に関する。
請求項5に記載した発明は、「木質材料12とプラスチック材料14とからなるフォーミングマット24aを熱圧プレスすることによって成形された芯層24と、木質材料12とプラスチック材料14とからなるフォーミングマット26aを熱圧プレスすることによって成形された表層26とを備える、木材/プラスチック複合ボード22であって、前記芯層24の表裏両面に前記表層26が積層されて一体化されており、前記芯層24の密度は前記表層26の密度よりも小さく設定されている、木材/プラスチック複合ボード22」である。
この発明では、芯層24の密度を表層26の密度よりも小さく設定しているので、芯層24の熱伝導性を抑制して断熱性を高めることができるとともに、表層26の強度を高めることができる。
請求項1〜4に記載した発明によれば、「単層ボード」を成形する際の熱圧プレス工程と、「単層ボード」と「積層材」とを一体化させるための熱圧プレス工程とを別々に行うようにしているので、一体化させるための熱圧プレス工程に要する時間を短くすることができる。したがって、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止して品質を安定させることができるとともに、製造時間を短縮することができる。
請求項5に記載した発明によれば、芯層を成形する際の熱圧プレス工程と、表層を成形する際の熱圧プレス工程と、これらを一体化させるための熱圧プレス工程とを別々に行うことができるので、一体化させるための熱圧プレス工程に要する時間を短くすることができる。したがって、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止して品質を安定させることができるとともに、製造時間を短縮することができる。また、芯層の密度を表層の密度よりも小さく設定しているので、芯層に断熱性を持たせるとともに、表層に十分な強度を持たせることができ、軽量、低密度で高強度な複合ボードを得ることができる。
図1は、本発明が適用された木材/プラスチック複合ボード(以下、単に「複合ボード」という。)10およびその製造方法を示す工程図である。
複合ボード10は、床材、壁材または天井材等のような建築材料や、タンス等に用いられる家具材料や、梱包箱等に用いられる包装材料などの幅広い分野で使用される板状部材であり、木質材料12とプラスチック材料14とを混合した混合材料16に熱圧プレス等の加工を施すことによって製造される。
木質材料12は、建築廃材または一般廃材等を破砕することによって得られたチップ状、粉状、繊維状またはフレーク状の材料であり、無機物材料に比べて低密度かつ嵩高であるという性質を有している。
プラスチック材料14は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンまたはABS等の熱可塑性樹脂からなるチップ状または粉状の材料であり、加熱によって溶融され、冷却によって硬化される性質を有している。なお、プラスチック材料14の製造方法は、特に限定されるものではないが、廃プラスチック等を破砕することによって得ることもできる。また、プラスチック材料14の溶融温度が高過ぎる場合には、これを加熱溶融する際に木質材料12が焼け焦げてしまうため、この溶融温度は、木質材料12が焼け焦げない温度すなわち略200℃以下であることが望ましい。
混合材料16は、木質材料12とプラスチック材料14とを攪拌混合機等を用いて乾式混合することによって生成されるものである。なお、混合材料16を構成する木質材料12およびプラスチック材料14は、同種の木質粒子またはプラスチック粒子の集合体であってもよいし、異種の木質粒子またはプラスチック粒子の集合体であってもよい。また、適宜相容化剤等を加えてもよい。
以下には、複合ボード10の製造方法について、図1の工程図に基づいて説明する。この製造方法では、「混合工程」、「フォーミング工程」、「熱圧プレス工程」、「積層工程」および「一体化工程」がこの順に実行される。
「混合工程」(図示省略)では、木質材料12とプラスチック材料14とを攪拌混合機等を用いて乾式混合することによって混合材料16が生成される。木質材料12とプラスチック材料14との混合割合は、複合ボード10の用途に応じて設定され、木質主体の建築資材ボードとして用いる場合には、十分な曲げ強度を確保する観点から、木質材料12が70〜50%、プラスチック材料14が30〜50%に設定される。
「フォーミング工程」では、混合材料16がドライフォーミングされることによって2枚のフォーミングマット18aおよび20aが成形される。つまり、混合材料16が、2つの型枠のそれぞれに収容され、この混合材料16が所定圧力でプレスされることによって、フォーミングマット18aおよび20aが成形される。
「熱圧プレス工程」では、フォーミングマット18aおよび20aが個別に熱圧プレスされることによって単層ボード18bおよび20bが成形される。この工程における熱圧プレス時間は、プラスチック材料14を加熱溶融することのできるように、フォーミングマット18aおよび20aの肉厚や、これを構成するプラスチック材料14の密度に応じて設定される。つまり、フォーミングマット18aおよび20aの肉厚が厚くなるほど、また、プラスチック材料14の密度が大きくなるほど、溶融に必要な熱エネルギー量が増大するため、熱圧プレス時間は長く設定される。
「積層工程」では、「熱圧プレス工程」で加熱された単層ボード18bおよび20bが冷却されることなく重ね合わされる。つまり、後の「一体化工程」では、単層ボード18bおよび20bが熱圧プレスによって再加熱されるため、その前工程で冷却したのでは加熱効率が著しく低下し、熱圧プレスに要する時間が長くなってしまう。そこで、「一体化工程」における加熱効率の低下を防止する観点から、単層ボード18bおよび20bの温度を高温に維持した状態のままで、「熱圧プレス工程」から「積層工程」を経て「一体化工程」へ移行される。なお、「積層工程」で積層される単層ボード18bまたは20bの一方が、本発明の「単層ボード」に対応し、他方が、本発明の「積層材」に対応する。
「一体化工程」では、単層ボード18bおよび20bが冷える前にこれらが熱圧プレスによって一体化される。そして、所定の熱圧プレス時間が経過すると、プレス装置から完成した複合ボード10が取り外される。「一体化工程」では、単層ボード18bおよび20bの接触面を融着させて、これらを一体化させることを目的としているため、プラスチック材料14の全体を溶融させるほどの大きな熱エネルギーは不要である。
この製造方法(図1)によれば、2枚の単層ボード18bおよび20bを別々に成形し、これらを熱圧プレスによって一体化するようにしているので、「一体化工程」における熱圧プレス時間を短くすることができ、複合ボード10の製造時間を短縮することができる。また、複合ボード10の表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止でき、品質を安定させることができる。さらに、製造途中での冷却が不要なため、連続プレス装置を用いて複数の単層ボードを連続的に成形し、最終の「一体化工程」において必要枚数を一体化させることが可能であり、これによって生産性を飛躍的に高めることができる。
なお、図1実施例では、同肉厚の2枚の単層ボード18bおよび20bを重ね合わせることによって複合ボード10を製造するようにしているが、同肉厚の3枚以上の単層ボードを重ね合わせるようにしてもよいし、異肉厚の複数の単層ボードを重ね合わせるようにしてもよい。
発明者等は、本発明の効果を実験により確認した。以下には、その実験方法と実験結果について説明する。
[実験方法]
単層ボードの肉厚および積層枚数が異なる3種類の複合ボード、すなわち「試料1」、「試料2」および「比較試料」を準備し、これらについて、JIS A 5908に準じて曲げ試験を行った。各試料の製造方法は以下の通りである。
単層ボードの肉厚および積層枚数が異なる3種類の複合ボード、すなわち「試料1」、「試料2」および「比較試料」を準備し、これらについて、JIS A 5908に準じて曲げ試験を行った。各試料の製造方法は以下の通りである。
試料1: 木材チップとPP樹脂とを6:4の割合で混合して混合材料を生成し、この混合材料をボード目標密度0.80g/cm3(比重0.80)、目標肉厚12mmでドライフォーミングすることによって2枚のフォーミングマットを成形した。続いて、各フォーミングマットを「プレス圧力20kg/cm2、プレス時間25分、プレス温度190℃」の条件下で熱圧プレスすることによって2枚の単層ボードを成形した。その後、2枚の単層ボードを重ね合わせて、これらを「プレス圧力10kg/cm2、プレス時間3分、プレス温度190℃」の条件下で熱圧プレスすることによって「試料1」を得た。
試料2: 木材チップとPP樹脂とを6:4の割合で混合して混合材料を生成し、この混合材料をボード目標密度0.80g/cm3(比重0.80)、目標肉厚8mmでドライフォーミングすることによって3枚のフォーミングマットを成形した。続いて、各フォーミングマットを「プレス圧力20kg/cm2、プレス時間20分、プレス温度190℃」の条件下で熱圧プレスすることによって3枚の単層ボードを成形した。その後、3枚の単層ボードを重ね合わせて、これらを「プレス圧力10kg/cm2、プレス時間3分、プレス温度190℃」の条件下で熱圧プレスすることによって「試料2」を得た。
比較試料: 木材チップとPP樹脂とを6:4の割合で混合した混合材料を生成し、この混合材料をボード目標密度0.80g/cm3(比重0.80)、目標肉厚24mmでドライフォーミングすることによって1枚のフォーミングマットを成形した。続いて、このフォーミングマットを「プレス圧力20kg/cm2、プレス時間45分、プレス温度190℃」の条件下で熱圧プレスすることによって「比較試料」を得た。
[実験結果]
実験結果は表1の通りであり、各試料の「曲げ強度」および「曲げヤング率」を同程度に設定することができた。
実験結果は表1の通りであり、各試料の「曲げ強度」および「曲げヤング率」を同程度に設定することができた。
表1より、「曲げ強度」および「曲げヤング率」を同程度に設定することを前提にすると、「比較試料」よりも「試料1」および「試料2」の方が、また、「試料1」よりも「試料2」の方が合計プレス時間を短縮でき、ひいては製造時間を短縮できることが分かる。つまり、複合ボードを構成する単層ボードの肉厚を薄くして、その積層枚数を多くするほど、製造時間を短縮できることが分かる。
図2は、本発明が適用された他の複合ボード22およびその製造方法を示す工程図である。複合ボード22は、低密度の芯層24と、芯層24の表裏両面に積層された高密度の表層26とを備えており、複合ボード22を製造する際には、以下の「混合工程」、「フォーミング工程」、「熱圧プレス工程」、「積層工程」および「一体化工程」がこの順に実行される。
「混合工程」(図示省略)では、木質材料12とプラスチック材料14とを乾式混合することによって混合材料16が生成される。なお、芯層24を構成するプラスチック材料14と表層26を構成するプラスチック材料14とは、同種の熱可塑性樹脂からなるものであってもよいし、異種の熱可塑性樹脂からなるものであってもよい。
「フォーミング工程」では、混合材料16がドライフォーミングされることによって芯層24を構成するフォーミングマット24aと、表層26を構成する2枚のフォーミングマット26aとが成形される。
「熱圧プレス工程」では、フォーミングマット24aおよび26aが個別に熱圧プレスされることによって「単層ボード」としての芯層ボード24bと、「積層材」としての表層ボード26bとが成形される。この工程における熱圧プレス時間は、プラスチック材料14を十分に加熱溶融することのできるように、フォーミングマット24aおよび26aの肉厚や、これを構成するプラスチック材料14の密度に応じて設定される。また、熱圧プレスの圧力は、芯層24および表層26に要求される密度に応じて設定され、この実施例では、芯層24が低密度となり、表層26が芯層24よりも高密度となるように、フォーミングマット24aに対する熱圧プレスの圧力がフォーミングマット26aに対する熱圧プレスの圧力よりも小さく設定される。
「積層工程」では、「単層ボード」としての芯層ボード24bの表裏両面に「積層材」としての表層ボード26bが積層され、「一体化工程」では、芯層ボード24bおよび表層ボード26bが冷える前に、これらが熱圧プレスによって一体化される。そして、所定の熱圧プレス時間が経過すると、プレス装置から完成した複合ボード22が取り外される。
この実施例(図2)によれば、芯層ボード24bと2枚の表層ボード26bとを別々に成形し、芯層ボード24bの表裏両面に表層ボード26bを積層して、熱圧プレスによって一体化するようにしているので、図1実施例と同様に、複合ボード22の品質を安定させることができるとともに、製造時間を短縮することができる。また、芯層24を低密度とし、表層26を高密度としているので、芯層24に断熱性を持たせるとともに、表層26に十分な強度を持たせることができる。
なお、図2実施例では、「積層材」として芯層ボード24bと同種の「ボード」すなわち表層ボード26bを用いているが、図3に示すように、表層ボード26bに代えて、装飾性または耐熱性等を有するシート26cを用いるようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット24aを熱圧プレスすることによって「単層ボード」としての芯層ボード24bが成形され、芯層ボード24bの表裏両面に「積層材」としてのシート26cが積層され、芯層ボード24bが冷える前に芯層ボード24bおよびシート26cが熱圧プレスによって一体化される。
図3実施例で製造される複合ボード28によれば、「積層材」としてのシート26cによって装飾性や耐熱性を得ることができる。なお、シート26cの材質や構成は特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の他、熱硬化性樹脂含浸紙等であってもよく、また、単板や不織布等であってもよい。
また、図2実施例では、「単層ボード」としての芯層ボード24bの表裏両面に「積層材」としての表層ボード26bを積層しているが、図4に示すように、「単層ボード」としての2枚のボード30b間に「積層材」としてのプラスチックボード(ハニカムボード等)32を積層するようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット32aを熱圧プレスすることによって「単層ボード」としての2枚のボード30bが成形され、2枚のボード30b間にプラスチックボード32が配置され、ボード30bが冷える前にボード30bおよびプラスチックボード32が熱圧プレスによって一体化される。
図4実施例で製造される複合ボード34によれば、「積層材」としてのプラスチックボード32の種類を適宜選択することによって、複合ボード34に特別な機能を持たせることが可能であり、たとえば「ハニカムボード」を採用した場合には、軽量かつ高強度で断熱性に優れた複合ボード34を得ることができる。
また、図1、図2および図3の実施例では、フォーミングマットを熱圧プレスすることによって複数の「単層ボード」を別々に成形し、その後、複数の「単層ボード」を熱圧プレスで一体化することによって複合ボード10、22および28を得るようにしているが、図5に示すように、複数の複合ボード40を一体化することによって、より厚肉の複合ボード42を得るようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット36aおよび38aを熱圧プレスすることによって単層ボード36bおよび38bが成形され、これらを熱圧プレスで一体化することによって複合ボード40が成形される。そして、複数の複合ボード40が冷える前に重ね合わされ、熱圧プレスによって一体化される。
さらに、図6に示すように、単層ボード46bに積層される「積層材」として、混合材料16からなるフォーミングマット44を用いるようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット46aを熱圧プレスすることによって得られた単層ボード46bと、「積層材」としてのフォーミングマット44とが別々に成形され、これらが「積層工程」において重ね合わされる。そして、単層ボード46bおよびフォーミングマット44が冷える前に、これらが熱圧プレスで一体化されることによって複合ボード48が得られる。
10,22,28,34,42,48… 複合ボード
12… 木質材料
14… プラスチック材料
16… 混合材料
18a,24a,30a,36a,46a… フォーミングマット
18b,24b,30b,36b,46b… 単層ボード
24… 芯層
26… 表層
26c… シート
12… 木質材料
14… プラスチック材料
16… 混合材料
18a,24a,30a,36a,46a… フォーミングマット
18b,24b,30b,36b,46b… 単層ボード
24… 芯層
26… 表層
26c… シート
Claims (5)
- (a)木質材料とプラスチック材料とを乾式混合することによって混合材料を生成し、
(b)前記混合材料をドライフォーミングすることによってフォーミングマットを成形し、
(c)前記フォーミングマットを熱圧プレスすることによって単層ボードを成形し、
(d)前記単層ボードの表面に積層材を積層し、
(e)前記単層ボードが冷える前に前記単層ボードおよび前記積層材を熱圧プレスによって一体化する、木材/プラスチック複合ボードの製造方法。 - 前記(d)工程で積層される前記積層材は、木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形されたボードである、請求項1に記載の木材/プラスチック複合ボードの製造方法。
- 前記(d)工程では、前記単層ボードの表裏両面に前記積層材を積層する、請求項1または2に記載の木材/プラスチック複合ボードの製造方法。
- 請求項1に記載した木材/プラスチック複合ボードの製造方法で製造された複数の複合ボードを準備し、これらを冷える前に重ね合わせて熱圧プレスによって一体化する、木材/プラスチック複合ボードの製造方法。
- 木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形された芯層と、木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形された表層とを備える、木材/プラスチック複合ボードであって、
前記芯層の表裏両面に前記表層が積層されて一体化されており、前記芯層の密度は前記表層の密度よりも小さく設定されている、木材/プラスチック複合ボード。
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