JP2021098317A - 基材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡性樹脂の流動性が向上する基材の製造方法を提供する。また、端部まで発泡性樹脂が充満した基材の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも繊維と発泡性樹脂１１とにより構成される基材１０の製造方法であって、繊維からなるマット３０に対し発泡性樹脂１１を注入することで、発泡性樹脂１１が含浸された樹脂含浸部１２を有する板状体２０を形成する板状体形成工程と、一対の型５１，５２によって板状体２０をプレスして所定の厚みＴ３をなす基材１０を形成する基材形成工程と、を備え、基材形成工程は、一対の型５１，５２で板状体２０を所定の厚みＴ３にプレスしつつ加熱し、発泡性樹脂１１を発泡させることで、樹脂含浸部１２を板状体２０の端部３２側に拡げる加熱工程を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、基材の製造方法に関する。

従来、基材の製造方法として、特許文献１及び特許文献２に記載のものが知られている。特許文献１に記載の基材の製造方法では、木質系繊維材料と結合剤とを含有する成形体の製造方法であって、木質系繊維材料で形成した少なくとも２つのマット状部材間に発泡性結合剤を供給する工程と、前記工程で得られる積層状態のマット状部材をプレス成形するとともに、発泡性結合剤を発泡及び硬化させる工程、とを備えることが開示されている。また、発泡性結合剤を供給する工程では、発泡性結合剤を、マット状部材の面に噴霧又は塗布することで皮膜状に設けてマット状部材間に供給することが開示されている。そしてこのような製造方法により、使用する木質系繊維材料の量を増やすことなく成形体の厚みを増大させることができ、重量化を抑制して良好な曲げ剛性を備える成形体を製造することができる、と記載されている。一方、特許文献２に記載の基材の製造方法では、繊維同士を互いに交絡させて形成された基材の一部（低密度部）に溶融樹脂を射出して成形体を射出成形することが開示されている。

特開２００３−１０３５５１号公報 特開２００９−１１３２４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示の基材の製造方法では、発泡性結合剤を供給する工程において、発泡性結合剤（発泡性樹脂）が飛散し、歩留まりが低下することや、発泡性樹脂がマット状部材の内部まで含浸せず、基材の剛性が低下すること等が考えられる。また、特許文献２に開示の基材の製造方法を参考に、繊維を含む基材に対し溶融樹脂を射出（注入）して基材の内部を流動させることも考えられるが、その場合、繊維が溶融樹脂の流動抵抗を増加させるので、溶融樹脂の供給圧や成形型のプレス圧が大きくなってしまったり、基材の端部まで溶融樹脂が充満しなかったりする可能性がある。

本発明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、発泡性樹脂の流動性が向上する基材の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、端部まで発泡性樹脂が充満した基材の製造方法を提供することをさらなる目的の一つとする。

本発明は、少なくとも繊維と発泡性樹脂とにより構成される基材の製造方法であって、前記繊維からなるマットに対し前記発泡性樹脂を注入することで、前記発泡性樹脂が含浸された樹脂含浸部を有する板状体を形成する板状体形成工程と、一対の型によって前記板状体をプレスして所定の厚みをなす前記基材を形成する基材形成工程と、を備え、前記基材形成工程は、前記一対の型で前記板状体を前記所定の厚みにプレスしつつ加熱し、前記発泡性樹脂を発泡させることで、前記樹脂含浸部を前記板状体の端部側に拡げる加熱工程を含むことに特徴を有する。

このような基材の製造方法によると、基材形成工程において、一対の型で板状体を所定の厚みにプレスしつつ板状体を加熱し、発泡性樹脂を発泡させることで、発泡性樹脂が板状体の板面方向に拡がりやすい。すると、発泡性樹脂の注入圧や、一対の型のプレス圧を比較的小さくすることができ、基材を製造する装置にかかる負荷を減らすことができる。また、板状体のうち発泡性樹脂が注入された部分から端部に至るまで樹脂含浸部を拡げることで、端部まで発泡性樹脂が充満した基材を得ることができる。

上記構成において、前記基材形成工程は、前記加熱工程の前に、前記一対の型で前記板状体を前記所定の厚みよりも小さい厚みにプレスする先行プレス工程を含むものとすることができる。このような先行プレス工程を含む製造方法によると、板状体に局所的に注入された発泡性樹脂を、簡単に素早く板面方向に拡げることが可能となる。そして、板状体を加熱すると、発泡性樹脂が発泡して板状体の端部に至るまで含浸しやすくなる。

上記構成において、前記加熱工程においては、前記板状体を加熱する温度は、前記板状体のうち前記発泡性樹脂が注入された部分よりも端部の方が低いこととすることができる。板状体の加熱温度が板面方向において均一である場合、樹脂含浸部が板状体の端部側へ拡がる途中で、樹脂含浸部における外縁部の発泡性樹脂の発泡が先に完了してしまい、それ以上発泡性樹脂が板面内外側に流動することができない可能性がある。しかし、上記のような基材の製造方法によると、樹脂含浸部の発泡性樹脂が、板状体のうち発泡性樹脂が注入された部分から板面内外側に向けて徐々に発泡することができるので、発泡性樹脂の流動性が向上する。これにより、発泡性樹脂が板状体の端部に至るまで含浸しやすくなる。

本発明によれば、発泡性樹脂の流動性が向上する基材の製造方法を提供することが可能となる。また、端部まで発泡性樹脂が充満した基材の製造方法を提供することが可能となる。

実施形態に係る板状体と基材の製造装置とを示す断面図 上型を下型に近づけた態様を示す断面図 上型を下型にさらに近づけた態様を示す断面図 図３の態様から上型を下型からわずかに離間させた態様を示す断面図 樹脂含浸部が板状体の端部側に拡がった態様を示す断面図 本発明に係る製造方法により製造される基材を示す断面図

＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１から図６によって説明する。本発明に係る製造方法により製造される基材１０は、図６に示すように、繊維（複数のウェーブ状の線で示す）と、発泡性樹脂１１（複数の点で示す）と、により構成され、所定の厚みＴ３をなす平板状の部材である。発泡性樹脂１１は、後述する製造過程おいて、２液型原料の混合や加熱によって発泡しつつ硬化することで、比較的低密度の状態で基材１０の中央から末端まで拡がっている。従って、基材１０は、所定の剛性を保ちつつ、軽量な部材となっている。

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、合成樹脂繊維等を採用することができる。発泡性樹脂１１は、２液型原料の混合や所定温度以上に加熱されることで発泡して硬化する樹脂である。この発泡性樹脂１１としては、例えば、発泡性ポリウレタン樹脂、エポキシ系発泡性樹脂、オレフィン系発泡性樹脂等のうちの１種又は２種以上の組み合わせが挙げられる。これらのうち、発泡性ポリウレタン樹脂であることが好ましい。

また、本実施形態で発泡性ポリウレタン樹脂から製造される基材１０は、基材として要求される強度、軽量性や寸法安定性を満たす観点から、以下の条件をすべて満足することが特に好ましい。すなわち、
Ａ）ポリウレタン樹脂の自由発泡密度が４５〜１５０ｋｇ／ｍ^３、
Ｂ）繊維の見かけの密度は０．０２〜０．２５ｇ／ｃｍ^３、
Ｃ）基材中の繊維含有率は３３重量％〜７５重量％、
Ｄ）基材の平均密度は０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３、
Ｅ）基材の−２０℃〜２０℃の温度範囲で測定した線膨張率が１８×１０^−６／Ｋ以下である。

次に、基材１０を製造する装置５０について説明する。装置５０は、図１に示すように、後述する板状体２０を上下方向からプレスし、図６に示す基材１０を形成するための一対の型５１，５２から成る。一対の型５１，５２は、上方に配され、板状体２０を基材１０における表面となる面側（上面側）からプレスする上型５１と、上型５１に対向するように下方に配され、板状体２０を基材１０における裏面となる面側（下面側）からプレスする下型５２と、によって構成される。

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、油圧シリンダ等）によって、下型５２に対し上下方向へ移動が可能な可動型とされる。図１では、上型５１が下型５２から離間する方向へ移動した状態、つまり一対の型５１，５２が開いた状態を示している。一方、図４では、上型５１が下型５２に近づく方向へ移動し、板状体２０が一対の型５１，５２によってプレスされている状態、つまり、一対の型５１，５２が閉じた状態を示している。

上型５１は、図１に示すように、その中央かつ上側において、発泡性樹脂１１をマット３０に注入する注入装置６０を備える。注入装置６０は、発泡性樹脂１１を内部に一時的に保持することができる本体部６１と、発泡性樹脂１１の原料を本体部６１に導く管状の導管部６２と、を有する。本体部６１の下端には、上型５１を上下方向に貫通する注入部６３が連通されている。注入部６３は、本体部６１に保持された発泡性樹脂１１を、下型５２の上方へ注ぎ込むことができる。

次に、基材１０の製造方法について説明する。基材１０の製造方法は、大別すると、図１及び図２に示すように、交絡した繊維からなるマット３０に対し発泡性樹脂１１を注入することで、発泡性樹脂１１が含浸された樹脂含浸部１２を有する板状体２０を形成する板状体形成工程と、図３から図６に示すように、一対の型５１，５２によって板状体２０をプレスして所定の厚みＴ３（図６参照）をなす基材１０を形成する基材形成工程と、を備える。

＜板状体形成工程＞
板状体形成工程では、図１に示すように、開いた状態の一対の型５１，５２において、下型５２の上方に、マット３０を配置する。マット３０は、繊維が交絡してなる板状の部材であって、ある程度の厚みを有する。注入装置６０では、例えば１種又は２種以上の原料が導管部６２から本体部６１に供給され、本体部６１の内部で混合されることで発泡性樹脂１１が得られるものとすることができる。発泡性樹脂１１は、本体部６１から注入部６３を通って、マット３０の中央部分に上方から注ぎ込まれるように局所的に注入される。尚、当該中央部分を、発泡性樹脂１１が注入された部分としての中央部分３１とする。

中央部分３１に注入された発泡性樹脂１１は、交絡した繊維同士の隙間を流動し（繊維に浸透し）、板面内外側方向へ拡がった（含浸した）樹脂含浸部１２を形成する。これにより、繊維と樹脂含浸部１２とからなる板状の板状体２０が形成される（このときの板状体２０の厚みをＴ１とする）。

＜基材形成工程＞
板状体形成工程において板状体２０を形成した後、図３に示すように、上型５１を下型５２にさらに近づく方向に移動させる。そして、一対の型５１，５２で、板状体２０を、プレス前の厚みＴ１（図１参照）や目的とする基材１０の厚み（所定の厚み、図６参照）Ｔ３よりも小さい厚みＴ２となるようにプレスする。さらに、この状態で一対の型５１，５２を数秒程保持する。樹脂含浸部１２は、板状体２０がプレスされることで板面内の外側方向（端部３２側）へ拡がる。また、発泡性樹脂１１は、わずかに発泡することで樹脂含浸部１２の板面内外側方向への拡がりを促進する。

尚、このときの板状体２０の厚みＴ２は、基材１０の厚み（所定の厚み）Ｔ３の４分の１の厚みであることが望ましい。上型５１が下型５２に過度に近づいて板状体２０の厚みが小さくなりすぎた場合は、繊維同士が密着することで隙間が無くなり、発泡性樹脂１１が流動することができなくなる可能性があるからである。一方、上型５１が下型５２に十分に近づいておらず、板状体２０の厚みが大きくなりすぎた場合は、繊維同士の隙間が大きすぎて発泡性樹脂１１がその注入された部分３１に局所的に溜まる可能性があるからである。そして、基材１０の厚みＴ３は、プレス前の板状体２０の厚みＴ１の半分ほどの厚みである。従って、各工程における板状体２０及び基材１０の厚みの関係は、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２となる。

また、板状体２０を厚みＴ２となるようにプレスして保持する時間は、数秒程度が望ましい。当該保持時間が数秒よりも長時間であった場合、後述する上型５１を下型５２からわずかに離間させる工程において、板状体２０の厚みＴ２が大きくならず、所定の厚みＴ３をなす基材１０を形成させることができなくなるからである。

次に、図４に示すように、板状体２０の厚みＴ２が、後述する基材１０の厚みＴ３となるように、上型５１を下型５２からわずかに離間させる。板状体２０は、上型５１が下型５２から離間するに伴って、その厚みが徐々に大きくなる（繊維が弾性復帰したり、発泡性樹脂１１が発泡したりすることで板状体２０の厚みがわずかに戻る）。そして、板状体２０の厚みがＴ３となるように一対の型５１，５２で保持しつつ（プレスしつつ）、発泡性樹脂１１の発泡が促進される温度（例えば、１００度以上の温度）で加熱する（加熱工程）。

このとき、板状体２０のうち発泡性樹脂１１が注入された部分３１よりも端部３２の方が加熱する温度が低くなるように温度調整を行う。例えば、板状体２０において、発泡性樹脂１１が注入された部分３１から端部３２に向かうにつれて温度が３０度低くなるように温度勾配を設定する。

発泡性樹脂１１は、図５に示すように、２液型原料の混合や加熱されることで発泡しつつ硬化する。樹脂含浸部１２は、発泡性樹脂１１が発泡することで、板状体２０の端部３２側に拡がって、末端まで含浸する。この状態で一対の型５１，５２を所定時間保持する。そして、板状体２０を冷却して、一対の型５１，５２から外すと、図６に示すように、所定の厚みＴ３をなす基材１０が形成される。

続いて、本実施形態の効果について説明する。本実施形態は、少なくとも繊維と発泡性樹脂１１とにより構成される基材１０の製造方法であって、繊維からなるマット３０に対し発泡性樹脂１１を注入することで、発泡性樹脂１１が含浸された樹脂含浸部１２を有する板状体２０を形成する板状体形成工程と、一対の型５１，５２によって板状体２０をプレスして所定の厚みＴ３をなす基材１０を形成する基材形成工程と、を備え、基材形成工程は、一対の型５１，５２で板状体２０を所定の厚みＴ３にプレスしつつ加熱し、発泡性樹脂１１を発泡させることで、樹脂含浸部１２を板状体２０の端部３２側に拡げる加熱工程を含む。

このような基材１０の製造方法によると、基材形成工程において、一対の型５１，５２で板状体２０を所定の厚みＴ３にプレスしつつ板状体２０を加熱し、発泡性樹脂１１を発泡させることで、発泡性樹脂１１が板状体２０の板面方向に拡がりやすい。すると、注入装置６０の注入圧や、一対の型５１，５２のプレス圧を比較的小さくすることができ、基材１０を製造する装置５０にかかる負荷を減らすことができる。また、板状体２０のうち発泡性樹脂１１が注入された部分３１から端部３２に至るまで樹脂含浸部１２を拡げることで、端部まで発泡性樹脂１１が充満した基材１０を得ることができる。

また、本実施形態では、基材形成工程は、板状体２０を加熱する前に、一対の型５１，５２で板状体２０を所定の厚みＴ３よりも小さい厚みＴ２にプレスする工程（先行プレス工程）を含む。このような基材１０の製造方法によると、板状体２０に局所的に注入された発泡性樹脂１１を、簡単に素早く板面方向に拡げることが可能となる。そして、板状体２０を加熱すると、発泡性樹脂１１が発泡して板状体２０の端部３２に至るまで含浸しやすくなる。

また、本実施形態では、基材形成工程においては、板状体２０を加熱する温度は、板状体２０のうち発泡性樹脂１１が注入された部分３１よりも端部３２の方が低くなるように温度調整を行う工程を含む。板状体２０の加熱温度が板面方向において均一である場合、樹脂含浸部１２が板状体２０の端部３２側へ拡がる途中で、樹脂含浸部１２における外縁部の発泡性樹脂１１の発泡が先に完了してしまい、それ以上発泡性樹脂１１が板面内外側に流動することができない可能性がある。しかし、上記のような基材１０の製造方法によると、樹脂含浸部１２の発泡性樹脂１１が、板状体２０のうち発泡性樹脂１１が注入された部分３１から板面内外側に向けて徐々に発泡することができるので、発泡性樹脂１１の流動性が向上する。これにより、発泡性樹脂１１が板状体２０の端部３２に至るまで含浸しやすくなる。

＜他の実施形態＞
本発明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本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態以外にも、基材形成工程は適宜変更可能である。上記実施形態では、基材形成工程は、板状体２０を加熱する前に、一対の型５１，５２で板状体２０を所定の厚みＴ３よりも小さい厚みＴ２にプレスする工程を含むこととしたが、これに限られない。例えば、基材形成工程は、一対の型５１，５２で板状体２０を初めから基材１０の厚み（所定の厚み）Ｔ３にプレスするものとしてもよい。すなわち、基材１０の厚みＴ３よりも小さい厚みＴ２にプレスする工程を省いてもよい。

（２）上記実施形態以外にも、基材１０の形状は適宜変更可能である。上記実施形態では、基材１０は、平板状の部材としたが、これに限られない。例えば、基材１０は、端部が立ち上がった立壁部を有する形状であってもよい。また、基材１０は、湾曲した曲げ板状の部材であってもよい。

１０…基材、１１…発泡性樹脂、１２…樹脂含浸部、２０…板状体、３０…マット、３１…発泡性樹脂が注入された部分、３２…板状体の端部、５０…基材を製造する装置、５１，５２…一対の型、６０…注入装置、６１…本体部、６２…導管部、６３…注入部

Claims (5)

1. 少なくとも繊維と発泡性樹脂とにより構成される基材の製造方法であって、
   前記繊維からなるマットに対し前記発泡性樹脂を注入することで、前記発泡性樹脂が含浸された樹脂含浸部を有する板状体を形成する板状体形成工程と、
   一対の型によって前記板状体をプレスして所定の厚みをなす前記基材を形成する基材形成工程と、を備え、
   前記基材形成工程は、前記一対の型で前記板状体を前記所定の厚みにプレスしつつ加熱し、前記発泡性樹脂を発泡させることで、前記樹脂含浸部を前記板状体の端部側に拡げる加熱工程を含むことを特徴とする基材の製造方法。
2. 前記基材形成工程は、前記加熱工程の前に、前記一対の型で前記板状体を前記所定の厚みよりも小さい厚みにプレスする先行プレス工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の基材の製造方法。
3. 前記加熱工程においては、前記板状体を加熱する温度は、前記板状体のうち前記発泡性樹脂が注入された部分よりも端部の方が低いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基材の製造方法。
4. 前記発泡性樹脂がポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基材の製造方法。
5. 前記発泡性樹脂がポリウレタン樹脂であり、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基材の製造方法。
   Ａ）ポリウレタン樹脂の自由発泡密度が４５〜１５０ｋｇ／ｍ^３
   Ｂ）繊維の見かけの密度は０．０２〜０．２５ｇ／ｃｍ^３
   Ｃ）基材中の繊維含有率は３３重量％〜７５重量％
   Ｄ）基材の平均密度は０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３
   Ｅ）基材の−２０℃〜２０℃の温度範囲で測定した線膨張率が１８×１０^−６／Ｋ以下である。

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