JP3563704B2 - 木質成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は軽量な木質成形体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、木粉等の木質材料と熱可塑性樹脂とを混合して木質成形体を成形するものとしては、エクストルーダーや加熱溶融型ニーダー等で熱可塑性樹脂を溶融させて、その中に木粉等を投入し、練り込んだ混合物を押出成形したり、木質材料と熱可塑性樹脂チップもしくはペレットとの混合物をホットプレスして成形体を得ることが提案されている。木質材料としては、木粉のほか故紙を粉砕したもの等、細かい木質材料が用いられている。このような木質成形体は建築板や家具素材として有用である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように高温高圧下で溶融状態にした熱可塑性樹脂中に木質材料を投入すると、元来木質材料が保有する種々の糖分、リグニン等が該溶融熱可塑性樹脂に溶出し、さらにエクストルーダー等のスクリューによる高圧状態での練込み作用によって、その溶出成分が該熱可塑性樹脂に分散されることゝなる。その結果該熱可塑性樹脂成分が劣化し、所定の硬度や強度が得られなかったり更に靱性が得られず脆くなったりし、また耐候性も悪くなって屋外で紫外線に曝露されることでチョーキングを起こす等の不具合が生じる。
また、木質材料に熱可塑性樹脂チップもしくはペレットを混合する場合、常温下で該木質材料と該樹脂を混合しても均一に該樹脂が分散し難いと云う問題点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、押出機から連続的または断続的に熱可塑性樹脂加熱溶融物Rを繊維状に押出し、該繊維状に押出されている熱可塑性樹脂加熱溶融物Rに木質材料Wを添加混合し、該熱可塑性樹脂加熱溶融物Rと該木質材料Wとの混合物をプレス成形する木質成形体の製造方法を提供するものである。
【0005】
更に具体的には該熱可塑性樹脂加熱溶融物Rと該木質材料Wとの混合物は、所定方向に移動しているコンベア上に直接または該コンベア上に載置されている型板上に散布してマットをフォーミングし、該マットをプレス成形する。この場合該プレス成形は該熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で行なわれ、得られた成形マットを冷間ロールプレスに通して冷却するかまたは冷間プレスによって冷却することが望ましい。
また該マットにはプレス成形後に該マットの一側または両側にエンボス加工を施して凹凸柄を形成してもよい。
【0006】
更に具体的には該マットは圧締された状態で該熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で加熱することによってプレス成形され、その後成形マットを圧締状態のまゝで冷却し、冷却した後圧締状態を解除する。この場合該マットと型板とからなるユニットは多段に積重ねて圧締されることが望ましい。
【0007】
また更に本発明の木質成形体の製造方法としては、押出機のダイのノズル孔から該熱可塑性樹脂加熱溶融物Rを繊維状に吐出させると共に熱風圧および/または冷風圧によって延伸細化し、延伸細化された該繊維状の熱可塑性樹脂加熱溶融物Rを溶融状態で木質材料Wと混合することが望ましい。そしてその場合上記押出機のダイのノズル孔は複数個一列または複数個複数列に並設されていることが望ましく、また該ダイは複数段配置されていることが望ましく、一般に上記ダイのノズル孔の口径は0.2〜2.0mmである。
また一般的に該木質材料Wはフレーク形状の木片である。そして該木質材料Wは加熱しつゝ該繊維状に押出されている熱可塑性樹脂加熱溶融物Rに添加混合されることが望ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明を以下に詳細に説明する。
〔木質材料〕
本発明において使用される木質材料Wとしては、木片、ストランド、木粉、木毛、木質繊維束、木質パルプ等がある。該木質材料Wは例えば木造建築物を構築、改築あるいは解体する場合に発生する端切れや廃材等から得られるものであってもよい。このような端切れや廃材は従来主として焼却処理されていたが、焼却処理によれば地球温暖化の原因となるCO2 ガスが発生する。しかし上記のように端切れや廃材を木質材料Wとして再利用すれば環境負荷を低減出来る。
上記木質材料Wとしては、特に軽量かつ高強度の成形物が得られるフレーク形状の木片を使用することが好ましい。フレーク形状の木片は例えばパールマン社のリングフレーカーを用いて、薄削片状にした形状で幅0.5〜20mm、長さ1〜50mm、厚み0.1〜5mmのものが好ましく、さらに幅0.5〜10mm、長さ4〜35mm、厚み0.1〜2.5mmのものが好ましく、特に幅4〜8mm、長さ20〜25mm、厚み0.5〜1mmの木片が好ましい。
上記したように該木質材料Wは廃材を使用することが出来るが、このような改築、解体木材は容易にフレーカーによってフレーク形状の木片とすることが出来る。
また、木片に水分があると加熱成形の際木片から水蒸気が発生し、木片と熱可塑性樹脂との間に水蒸気膜を作ってしまい、木片と熱可塑性樹脂との密着がうまくいかないため、通常木片処理化した後にドライヤーにて木片の含水率は5%未満に乾燥される。
【0009】
〔熱可塑性樹脂〕
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレンターポリマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂および上記熱可塑性樹脂の廃材がある。そして該熱可塑性樹脂は繊維状として使用する。
【0010】
繊維状の熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂の溶融物を紡糸口金から吐出させる溶融紡糸法によって製造され、熱可塑性樹脂として廃材を使用することが望ましい。上記の熱可塑性樹脂廃材のソースとして特に有用なものは、大量に廃材が発生する農業用熱可塑性シート、包装用熱可塑性袋、熱可塑性繊維製品、家庭電化製品のキャビネット、自動車のバンパー等である。
【0011】
本発明の繊維状の樹脂としては2種類以上の繊維状の熱可塑性樹脂が混合したものであってもよい。熱可塑性樹脂を溶融紡糸する場合には2種類以上の熱可塑性樹脂を混合溶融する。
【0012】
熱可塑性樹脂を本発明のように繊維状にして木質材料Wのバインダーとして使用すれば、2種類以上混合したものも使用出来るから選別の手間も省くことが出来る。
【0013】
〔廃材の利用〕
また本発明の木質成形体の廃材は切削、粉砕、あるいは解繊して木質材料Wとし、再び木質成形体の原料や木質セメント板の原料として再利用が出来る。このような木質成形体の再利用においてはリサイクル性は非常に高いものであり、間接的には熱可塑性樹脂のリサイクル性が大巾に向上する。しかもこのような木質成形体は建築板、家具素材、コンクリート型枠等に大量使用されるからリサイクル熱可塑性樹脂も大量に消費出来る。
【0014】
〔第三成分〕
上記木質材料Wと、繊維状の熱可塑性樹脂以外に、本発明の木質成形体には例えば、撥水剤、防水剤、酸化防止剤、酸化抑制剤等の老化防止剤、着色剤、低粘度化剤、接着改良材等が添加されてもよいし、特に2種類以上の熱可塑性樹脂を混合して溶融紡糸したり溶融してフイルムにする場合には相溶化剤を添加してもよい。
【0015】
〔木質成形体の製造〕
本発明の木質成形体を製造するには、まず木質材料Wに繊維状の熱可塑性樹脂を加熱溶融状態で混合する。混合比は通常木質材料W:繊維状の熱可塑性樹脂を重量比率で30:70〜90:10程度になるように設定する。
上記混合過程において、繊維状の熱可塑性樹脂は木質材料Wに絡みつくので、混合を均一に行なうことが出来、かつ混合物は分離しにくい。また混合の際に空気を巻きこんで混合物中に多量の空気を含有させることが出来る。
【0016】
上記木質材料Wに繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rを混合する場合、図1に示すように該熱可塑性樹脂溶融物Rを押出機(1) のダイスのノズル孔から連続または断続的に繊維状に押出して空冷するか、必要ならば図2に示すような水冷式冷却器(2) 内を通して冷却しつゝ、アイリッヒミキサー等のミキサー(3) に充填されている木質材料Wに添加し、攪拌混合する方法、あるいは図3に示すように該熱可塑性樹脂溶融物Rを押出機(1) のダイスのノズル孔から繊維状に押出して、マットMをフォーミングする直前に繊維状に押出した該熱可塑性樹脂溶融物Rに木質材料Wを供給する方法等を適用することが望ましい。
【0017】
熱可塑性樹脂溶融物Rを断続的に押出す方法としては、ダイスの内側に回転羽根を設けダイスのノズル孔を断続的に開閉する方法や、多数のダイスを取付けた押出機の各ダイスのヘッドに電磁弁を設け順番にON,OFFを繰返す方法、ダイスヘッドにエアーを吹込みエアー圧で糸を切断する方法、押出機のスクリューを寸動させる方法等がある。このように押出機から熱可塑性樹脂溶融物Rを断続的に押出すことで該熱可塑性樹脂溶融物Rを短繊維化することが出来る。
このように押出機から熱可塑性樹脂溶融物Rを断続的に押出して、これに木質材料Wを添加する方法を適用した場合には繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rは加熱溶融状態を維持しつゝ木質材料Wと混合されるので、該繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rは不均一に木質材料Wに絡まって融着した状態となっている。
【0018】
このように繊維状の熱可塑性樹脂R’が木質材料Wに不均一に絡まって融着している場合には、マットMをフォーミングする際にも空気が多量取込まれ、プレスによって若干マット内の空気が排除されても、成形マットM’内には多くの空隙が存在することになり、得られる製品の軽量化が行われる。
【0019】
板状の成形物を製造するには、図3に示すようにフォーマー(4) に木質材料Wを通して、レイカーと呼ばれる帯状ロール(5) で厚みをある程度均一に揃え更にスプレッダーロールと呼ばれる引掻きロール(6) によって該木質材料Wを掻き飛ばし、該引掻きロール(6) の直後上方に熱可塑性樹脂溶融物Rを散布する押出機(1) を配置し、掻き飛ばされた木質材料Wに熱可塑性樹脂溶融物Rを散布供給して絡ませ、熱可塑性樹脂溶融物Rがまだ軟化している状態で、圧縮ロールプレスコンベア(7) 上や、該コンベア(7) 上に載置された型板(10)上に該原料混合物Mx を散布し、プレス成形する方法がある。
【0020】
更に上記したように木質材料Wに熱可塑性樹脂溶融物Rを混合した原料混合物Mx を図4に示すように一旦コンベア(7A)上に散布し、フォーマー(4A)の串状ロール(5A)で厚みをある程度均一に揃え、更に引掻きロール(6A)にてある程度均一にマット状となった木質材料Wを掻きほぐして再度粉砕して、型板上や熱間ロールコンベアにつながる圧縮ロールプレスコンベア(7) 上に掻き飛ばして散布し、マットをフォーミングする。このフォーマー(4A)を通して一度マット状にすることで原料混合物Mx の比重むらをなくすることが出来る。
【0021】
もしこの際、木片等の木質材料Wの含水率が高いと水分がバインダーとしての効果を果たすので、例えば微粉化された熱可塑性樹脂を使用しても木質材料Wに均一に付着するため、掻き飛ばす時に木質材料Wと熱可塑性樹脂とが分離しにくいが、本発明のように後から熱プレスをかける場合には、加熱時に木質材料Wから水蒸気が発生すると云う問題があるので木質材料Wの含水率は低くする必要があり、熱可塑性樹脂が粉体やチップ状だと木質材料Wと熱可塑性樹脂とがバインダーである水分が少ないため分離して掻き飛ばされ、マット化しても熱可塑性樹脂が均一に行き渡ったマットとはならず成形後の強度発現が望めない。
したがって、熱可塑性樹脂は繊維状である必要があり、木質材料Wと絡まり合うので、木質材料Wと熱可塑性樹脂とが分離して掻き飛ばされることはない。
【0022】
マットMを成形するには、該マットMをプレス装置によって熱圧成形し、得られた成形マットM’を冷間ロールプレスに通して冷却してもよいが、図5に示すように該型板(10)の多数個をコンベア(7) 上に並べて移動させつゝ逐次該型板(10)上に原料混合物Mx を散布してマットMをフォーミングしていけば生産性が良くなる。この場合には型板(10)上にフォーミングされたマットMはふかふかの状態であるからマット崩れを防いだり、熱圧成形時にマットMに熱を伝え易くするために熱圧成形前に圧縮ロールプレス(13A,14A) で若干厚みを圧縮しておくことが望ましい。またこの場合には熱圧成形は熱間ロールプレス(13B,14B) で行うと連続操業が可能となり生産効率が向上する。
【0023】
また図6に示すように直接コンベア(7) のベルト上に原料混合物Mx を散布し、マットMをフォーミングする方法も連続操業が可能で、生産性が高くかつ設備費も安価で経済的である。この場合成形マットM’の冷却は冷間ロール(13C,14C) で行うことが望ましい。
【0024】
マットMを型板 (10) 上にフォーミングする場合には、通常型板 (10) 面はフラットであるが型板 (10) 面に凹凸柄を付してもよく、あるいはまた成形マットM’を冷間ロールプレス (13C,14C) によって冷却する場合には該冷間ロールプレス (13C,14C) の後段において、図6に示すように該成形マットM’の一側または両側に表面に凹凸柄を付したエンボスロール (16A,16B) を配置しておけば、一方の面または両方の面に凹凸柄を有する板状木質成形体を得ることが出来る。
【0025】
更に型板 (10) 面を弧状または波状の弯曲面にしたり、熱間ロールを三対以上弧状または波状に配置し、その中に成形マットM’を通せば弧状または波状に弯曲した板状木質成形体を得ることが出来る。
【0026】
更に図7に示すように型板 (10) 上にマットMをフォーミングし圧締装置 (24) によって熱圧成形する方法にあっては、冷却は圧締状態のまゝで行うことが望ましく、またマットMと型板 (10) とからなるユニットを多段に積重ねて圧締装置 (24) によって圧締すれば生産性が良くなる。この場合には図8に示すように通常台車 (25) 上にユニットを多段に積重ねて圧締し、台車 (25) ごと加熱室に搬入する方法をとれば生産性は更に向上する。
【0027】
更にマットは二層、三層等多層構造にしてもよい。三層の場合には表裏層に微細木質材料(例えば木片と木粉との混合物)を使用し、芯層に粗木質材料(例えば木片)を使用すると、表面が緻密構造を有し平滑で、芯層が粗構造を有しクッション性があり軽量な板状木質成形体を得ることが出来る。
【0028】
板状以外の木質成形体を得るには、内面が所望形状の型面である箱型に上記混合物を充填し、その上から所望形状の型面を有する上型を押圧して加熱成形するのが一般的である。
いづれの成形方法においても加熱は電熱加熱、高周波加熱、電磁波加熱、蒸気熱を熱媒とした加熱等が適用される。
【0029】
上記繊維状の熱可塑性樹脂は内部に多量の空気を含み、図9に示すように熱圧成形によっても熱可塑性樹脂R’中の空気は大部分排除されることなく留まっており、該繊維状の熱可塑性樹脂が溶融した場合に多数の空隙Sが成形物内に形成され、軽量な成形物が得られる。また強度も高く釘保持力もよいので、屋根下地材等に有用である。
【0030】
更に本発明の木質成形体を製造する好ましい方法としては、押出機のダイのノズル孔両側から熱可塑性樹脂溶融物Rに熱風および/または冷風を斜め下方に吹付け、該熱風圧および/または冷風圧によって該熱可塑性樹脂溶融物Rを短繊維化したり、あるいは延伸して細化する方法がある。このような短繊維化あるいは細化された繊維状の熱可塑性樹脂溶融物Rは、種々の熱可塑性樹脂廃材を分別することなく混合したものであっても、該各熱可塑性樹脂溶融物Rの相互の相溶性に関係なく、木質材料Wと混合した場合に相分離を起さないようになる。
したがってこの方法では熱可塑性樹脂廃材の再利用が分別することなく効果的に行われる。
【0031】
この方法によって本発明の木質成形体を製造するには、まず木質材料Wと溶融状態の熱可塑性樹脂溶融物Rとを混合する。
木質材料Wと繊維状の熱可塑性樹脂溶融物Rとの混合方法としては、鉛直方向に押出機により溶融混練された熱可塑性樹脂溶融物Rをダイのノズル孔から高圧で吐出させ、連続的および/または断続的な繊維状溶融物とし、その両側または片側から木質材料Wを供給する。混合比は通常木質材料W:繊維状の熱可塑性樹脂溶融物Rの重量比率で20:80〜90:10程度になるようにする。
上記混合過程において、溶融状態の繊維状の熱可塑性樹脂溶融物Rは熱風圧および/または冷風圧で延伸細化されつゝ、その熱風および/または冷風によって発生した随伴流(負圧域)により木質材料Wに絡みつくので、混合を均一に行なうことが出来る。冷風を用いる場合には、大量の風圧を与えることが出来、延伸を促進出来る。
なお上記溶融状態の繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rとは、熱風圧および/または冷風圧で延伸細化される程度に溶融状態である繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rを云い、全体が溶融状態でなく部分的に冷却固化物が含まれていてもよい。
【0032】
具体的には図10に示すような押出機(40)の根端部ホッパー(41)からチップ状あるいはペレット状の熱可塑性樹脂を供給し、押出機(40)中で該熱可塑性樹脂Rを加熱溶融状態としながらダイ(42)内に押出し、図11に示すようにダイ(42)のノズル孔(43)から繊維状に吐出する。
この際該ダイ(42)のノズル孔(43)の両側に熱風吹出し口(44)を開口させ、熱風供給路(45)からの熱風を斜め下方に吹付け、該熱可塑性樹脂溶融物R吐出物を延伸細化する。
【0033】
ダイ(1A,42) のノズル孔(1B,43) は図12および図13に示すように複数個並設されていることが好ましく、この場合熱風吹出し口(1C,44) は該ノズル孔(1B,43) に沿うスリット状である。
図11に示す該ダイ(42)のノズル孔(43)の口径φ1 は0.2〜2.0mmとすることが好ましく、口径が0.2mm以下の場合は熱可塑性樹脂溶融物R、特に熱可塑性樹脂廃材の溶融物に含まれている爽雑物がノズル孔(43)に詰り易くなり、2.0mmを越えると繊維状の熱可塑性樹脂溶融物Rを木質材料Wの重量によって延伸しても細化が充分行われず、木質材料Wと均一に混合することが困難となる。
口径が0.2〜2.0mmの場合は木質材料Wの重量による延伸細化後の繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rの径φ2 が0.05〜0.8mmとなり、この範囲でノズル孔(1B)は詰ることがなく、かつ熱可塑性樹脂溶融物Rに木質材料Wを均一に混合することが出来る。
【0034】
連続的に木質成形体を製造するには、図14に示すように、ダイ(42)のノズル孔(43)群の直下両側に木質材料供給コンベア(46,46) を配置し、該供給コンベア(46,46) 上の木質材料Wを該供給コンベア(46,46) 末端に配置されている散布ロール(47,47) によって散布し、ダイ(42)のノズル孔(43)から下方に向けて吐出され、熱風圧によって延伸細化された繊維状の熱可塑性樹脂溶融物Rと混合する。
【0035】
この際該熱可塑性樹脂溶融物Rは熱風によって保温されて溶融状態を維持し、また熱風圧によって該熱可塑性樹脂溶融物R両側に形成される随伴流(負圧域)に該木質材料Wが吸引され、その結果該木質材料W、特に片状の木質材料である木片は、該熱可塑性樹脂R吐出物の周りをスピンしつゝ、延伸細化されつゝある該熱可塑性樹脂R吐出物に接触し、溶融状態の該熱可塑性樹脂溶融物Rに絡みつき、該熱可塑性樹脂溶融物Rと該木質材料Wとの混合が均一に行われ該熱可塑性樹脂溶融物Rは該木質材料Wの自重によって延伸細化される。
このように熱可塑性樹脂溶融物Rと該木質材料Wとが均一に混合された上で、該混合物Mx はコンベア(48)上に搬送されている型板(10)上にマット状に堆積し、堆積した混合物Mx は図示しないロールプレスまたは成形プレス等に送られ、板状にプレス成形される。
【0036】
図15に示すようにダイ(52)にはノズル孔(43)が複数個複数列、例えば二列に並設されていてもよい。この場合には両方の列のノズル孔(43)群から吐出された熱可塑性樹脂溶融物Rは熱風圧によって延伸細化されつゝ相互接近するように配向されるが、双方の熱可塑性樹脂溶融物Rが合一する前に木質材料Wが供給され混合される。そして該木質材料Wに熱可塑性樹脂溶融物Rが絡みついた状態で双方の熱可塑性樹脂R吐出物が合一し、該熱可塑性樹脂R溶融物と木質材料Wとが均一に混合され、該混合物Mxがコンベア(48)上の型板(10)上にマット状に堆積する。
ノズル孔(43)列が二列の場合には、熱可塑性樹脂溶融物Rの供給量(吐出量)は2倍になるから、木質材料Wの供給量もそれに対応して2倍とし、更に型板(10)の搬送速度も2倍とするので、生産量が2倍になる。
【0037】
図16にはダイ(62)にノズル孔(43)が複数個三列に並設されている場合が示される。この場合は中央のノズル孔(43)群から吐出された熱可塑性樹脂溶融物Rは、ダイの熱風によってはあまり延伸細化されない。この場合両外側のノズル孔(43)群から吐出された熱可塑性樹脂溶融物Rは延伸細化され、このように延伸細化された熱可塑性樹脂溶融物Rに木質材料Wが供給され、該木質材料Wに熱可塑性樹脂溶融物Rが絡みついた状態で中央のあまり延伸細化されない熱可塑性樹脂溶融物Rに両側から合一する。したがって熱可塑性樹脂溶融物Rと木質材料Wとの混合物Mx は2層状態となってコンベア(48)上の型板(10)上にマット状に堆積する。
この場合には熱可塑性樹脂溶融物Rの供給量(吐出量)は3倍となるから、木質材料Wの供給量も3倍とし、型板(10)の搬送速度も3倍として生産量を3倍にすることが出来る。
【0038】
図17に示すように、ダイの熱風のほかに冷風によって熱可塑性樹脂溶融物Rを延伸細化することも出来る。図17にあっては、両側の木質材料W供給コンベア(46,46) の先端から傾斜台(46A,46A) をそれぞれ連設し、該傾斜台(46A,46A) の下側に冷風導入路(46B,46B) を設けて、該冷風導入路(46B,46B) から熱可塑性樹脂溶融物Rに冷風を吹付ける。この場合冷風が当たっている熱可塑性樹脂溶融物R自体は冷却固化されつゝあるのであまり延伸されないが、ダイのノズル孔は加熱されているので熱可塑性樹脂溶融物Rは溶融状態にあって、ノズル孔と冷風との間で吐出物の延伸細化が促進される。また、冷風は熱風のように熱エネルギーを与えて温度を上げる必要がないので、多量の風を与えることが出来、経済的かつ能率的である。更にまた、ダイの熱風を止めて冷風のみ当てることで熱可塑性樹脂溶融物Rの延伸細化を調節することが出来る。これはダイの熱風とは比較にならない多量風圧を与えることが出来る冷風のみにすることで、簡単に延伸化を管理出来るからである。
また、冷風を吐出する吐出部を図のように板状にすることで、木質材料Wを投入するガイドとして用いることが出来、より効率良く熱可塑性樹脂溶融物Rと絡ませることが出来る。
【0039】
また、図18に示すようにダイ(42)の熱風と傾斜台(46A,46A) 下の冷風との間に熱風供給路(45A,45A) を設け、該熱風供給路(45A,45A) から更に熱風を吹付けて熱可塑性樹脂溶融物Rを延伸細化させても良い。この場合は冷風が当たる直前まで熱可塑性樹脂溶融物Rが保熱しているので、更に細く延伸させることが出来る。
また、図19に示すようにダイ(42A,42B,42C) を段状に配置し、中央高位のダイ(42A) の下方両側に冷風導入路(46B,46B) を設け、左右低位のダイ(42B,42C) の下方外側に冷風導入路(46B,46B) を設けることで、積載量を増加させたり、積載物を三層構造としたりすることが出来る。
【0040】
上記木質成形体の製造過程においては、熱可塑性樹脂溶融物Rの分散性を保つため、木質材料Wを加熱しつゝ供給してもよい。木質材料Wを加熱しておけば、該熱可塑性樹脂溶融物Rの絡みつき(融着)は強くなり、木質材料Wと熱可塑性樹脂溶融物Rとの分離が防止出来る。
【0041】
このように木質材料Wを加熱するには、例えば図20に示すように供給コンベア(46,46) をネットコンベアとし、熱風循環装置(49,49) によって矢印に示すように熱風を加熱しながら循環させつゝ該供給コンベア(46,46) 上の木質材料Wを加熱する。この場合、木質材料Wは加熱されかつ乾燥も効率良く行われる。また装置全体を保温室(50)内に収容しておくことが好ましい。
【0042】
かくして型板(10)上にマット状に堆積した熱可塑性樹脂溶融物Rと木質材料Wとの混合物Mx を堆積直後にプレスすれば、該混合物Mx はまだ畜熱しているので再加熱の必要がなく、生産効率や熱効率が向上する。またプレスまでに時間がかゝる場合は、加熱プレスを行なうが一度溶融しているので、冷えた状態で混合するものよりも熱効率は格段に良い。
【0043】
更に図21に示すように木質材料供給コンベア(46)とダイ(42)とを多段に設けることによって生産効率を大巾に向上させることが出来る。
また更に図22に示すように木質材料供給コンベア(46,46) を左右に首振り可能にしたり、図23に示すように木質材料供給コンベア(46,46) およびダイ(42)を左右巾方向に往復移動可能にしたりすれば、コンベア上の型板(10)上に均一なマットMを形成することが出来る。上記首振り式木質材料供給コンベアや巾方向に往復移動可能な木質材料供給コンベアおよびダイは図21に示すような多段式にしてもよい。
【0044】
更に図24に示すように木質材料供給コンベア(46,46) をコンベア(48)と直交に配置し、ダイ(42)を横方向に配置し、該供給コンベア(46,46) とダイ(42)とを巾方向に往復運動させてもよい。この場合も、コンベア(48)上の型板(10)上に均一なマットMを形成することが出来る。また該供給コンベアおよびダイは横に並設した多段式にしてもよい。
【0045】
このようにして型板(10)上に堆積したマットMは前記したように堆積直後で加熱状態を維持している場合は、冷間圧締装置、冷間プレス装置、冷間圧延ロールプレス等により成形され、さらに堆積から少し時間がたって冷却状態にある場合は、加熱プレス装置、熱間ロールプレス等により成形され、得られた成形マットM’は冷間プレス装置、冷間ロールプレス等により冷却固定される。
【0046】
〔実施例1〕
ポリプロピレンシート廃品を加熱溶融し、図1および図2に示すような押出機(1) から断続的に樹脂を繊維状に押出し、加熱保温されたミキサー(3) 内の木片W(サイズ4〜8mm×20〜25mm×0.5〜1mm)に添加し、1分間攪拌混合を行った。樹脂:木片の混合比率は繊維状熱可塑性樹脂50重量%、木片W50重量%である。上記原料混合物Aにおいて、繊維状ポリプロピレンの熱可塑性樹脂溶融物Rは加熱溶融状態を維持して木片Wに添加され混合されるので、図25に示すように該繊維状ポリプロピレンの熱可塑性樹脂R’は不均一に木片Wに絡まって融着する。また木片と木片の間にも繊維状の熱可塑性樹脂R’同志が絡みあっている。
【0047】
上記原料混合物Mx を図3に示すフォーマー(4) により、串状ロール(5) で厚みを揃えながら引掻きロール(6) で再度該原料混合物Mx を掻き飛ばして図6に示す上下一対のロールプレス(13,14) の前端圧縮ロールプレス(13A,14A) のコンベア(7) 上に直接供給し、該圧縮ロールプレス(13A,14A) により厚み方向に圧縮整形した後、該マットMを上下一対の加熱室(15)内の熱風によって加熱されているロールプレス(13,14) の熱間ロールプレス(13B,14B) で180〜220℃に加熱プレスして成形し(プレス圧6MPa)、成形マットM’を該ロールプレス(13,14) の後端冷間ロールプレス(13C,14C) で整形しつゝ冷却し(ロール間隙12.0mm、プレス圧0.5MPa )、その後上下一対のエンボスロール(16A,16B) で該成形マットM’の上下面をエンボスしてから搬送コンベア(18)に移し、カッター(17)で所定寸法にカットして板状試料1を製造した。
【0048】
上記板状試料1にあっては、図9に示すように繊維状熱可塑性樹脂溶融物Rによって木片W相互が結着されているが、前記したように該繊維は不均一に木片Wに絡まって融着した状態となっており、また木片と木片との間には該繊維同志が絡みあった状態となっているので、プレスした後も木片の周りは熱可塑性樹脂R’でシールされると共に板内部に多くの空隙Sが残存して軽量化を実現している。
【0049】
〔実施例2〕
ポリプロピレン樹脂廃材を粉砕溶融して図2に示す押出機 (1) から繊維状に押出し、加熱軟化状態を維持している間に実施例1と同様な木片Wを図3に示すフォーマー (4) の引掻きロール (6) によって掻き飛ばして、該木片Wに該繊維状ポリプロピレン樹脂を絡ませながらロールコンベア (7) 上に散布し、その後図示しない熱間ロールプレス (13B,14B) によって180〜220℃、プレス圧6MP a で加熱プレスし、冷間ロールプレス (13C,14C) (プレス圧0.5MP a 、ロール間隔12.0 mm) によって該成形マットM’を冷却して板状試料2を製造した。
【0050】
〔実施例3〕
実施例1の混合物Aを型板 (10) 上に散布してマットMをフォーミングし、型板 (10) とマットMとからなるユニットを図7に示すようにスペーサー(厚み12.1 mm 設定)を介して多段(10段〜15段)に積み上げ、所定段数積載した後圧締装置 (24) 内に搬入し、該圧締装置 (24) の下基盤 (24A) と上基盤 (24B) との間に積み上げたユニットを圧締し、図8に示すように該上基盤 (24B) の固定腕 (24C) を該下基盤 (24A) の固定フランジ (24D) にクランプ杆 (24E) によってクランプする。この場合の圧締圧は6MP a とする。
【0051】
上記圧締装置 (24) によって圧締された多段マットは台車 (25) 上に載置され、台車 (25) ごと加熱室に導入して温度180〜250℃で約60〜90分加熱する。
加熱後加熱室から台車 (25) ごと取出され、圧締状態のまゝ2〜3時間室温に放置し、板温を100℃程度まで冷却し、冷却後圧締を解除して成形マットM’を取出し板状試料3を製造した。
【0052】
〔実施例4〕
実施例1の混合物Aを型板 (10) 上に散布してマットMをフォーミングし、マットMの上部に更に型板 (10) を載せ、型板 (10) とマットMとからなるユニットを図26に示すように多段加熱プレス装置 (30) に挿入し、温度180〜250℃、圧力6MP a で加熱しながらプレスした。その後解圧し成形されたマットM’を上下の型板 (10) ごと図27に示すような冷間プレス (31) に挿入し、0.5MP a にて整形しながら冷却し板状試料4を製造した 。
【0053】
板状試料1〜4の物性を表1に示す。
【表1】
【0054】
〔実施例5〕
図15に示す装置において、ダイ (52) のノズル孔 (43) の口径φ 1 は1.5 mm 、孔間隔は5 mm で500個一列に配列したものを50 mm の間隔をおいて二列配置する。
ポリプロピレンの廃材を粉砕して押出機中で加熱溶融してダイ (52) に供給し、ダイ (52) のノズル孔 (43) から繊維状に吐出させる。該ポリプロピレン溶融物Rは200℃の熱風を吹付けることによって延伸細化される。延伸後の繊維径は約0.5 mm であった。
【0055】
木質材料Wとしては、間伐材をフレーク化した木片(サイズ4〜8 mm 巾、20〜25 mm 長、0.5〜1 mm 厚)を使用し、両側の供給コンベア (46,46) から散布ロール (47) によって、上記ポリプロピレン溶融物Rに供給し、該ポリプロピレン溶融物Rを該木片Wに絡みつかせ、均一に混合しつゝコンベア (48) 上の型板 (10) 上にマット状に堆積した。上記木片とポリプロピレンとの混合比は重量比で6:4とした。上記混合物M x の堆積物は圧延ロールプレスによって板状に成形され、更に冷間ロールプレスによって冷却され、木質成形体とした。
上記木質成形体の試料は巾100 cm 、長さ180 cm 、厚さ12 mm であり、曲げ強度は340 kgf / cm 2 、絶乾比重0.71であった。
【0056】
〔実施例6〕
図18に示す装置において、実施例5と同様のダイ、熱可塑性樹脂、木質材料W等を用いて200℃の熱風を熱風供給路 (45,45A) の2段階で吹付け、その後20℃の冷風を冷風導入路 (46B) から吹付け熱可塑性樹脂溶融物Rを延伸細化させた。ノズル径は直径1.5 mm 、延伸後の熱可塑性樹脂溶融物Rの繊維径は約0.1 mm であった。
木質材料Wと混合した後、200℃の熱間ロールプレス(プレス圧6.0MP a )でプレスし、冷間ロールプレス(プレス圧0.6MP a 、ロール間隔12 mm )を施し、幅100 mm 、長さ180 mm 、厚み12 mm の木質成形体を得た。該板の曲げ強度は350 kg / cm 2 、絶乾比重は0.71であった。
【0057】
〔実施例7〕
実施例5と同様のダイ、熱可塑性樹脂、木質材料W等を用いて図21に示す装置において、ダイの熱風供給路 (45) からの熱風を止めて20℃の冷風のみ冷風導入路 (46B) から吹付け熱可塑性樹脂溶融物Rを延伸細化させた。ノズル径は直径1.5 mm 、延伸後の熱可塑性樹脂溶融物Rの繊維径は約0.6 mm であった。
木質材料Wと混合した後、200℃の加熱プレス装置(プレス圧6.0MP a )で加熱 プレスし、その後冷間プレス(プレス圧0.6MP a )で整形し、木質成形体を得た。該板の曲げ強度は360 kg / cm 2 、絶乾比重は0.78であった。
【0058】
比較例として、ポリプロピレン樹脂廃材を単に粉砕したもの(粉体)と、木片Wとを混合してホットプレスで製造した木質成形体の曲げ強度は160 kgf / cm 2 であり、実施例のものに比べると強度が低いが、この原因はポリプロピレン樹脂廃材粉砕物の分散が不均一で、木質材料W間に樹脂成分が存在しない部分があるためと考えられる。
【0059】
【発明の効果】
本発明では木質材料の結着剤として木質材料と絡合し易い繊維状の熱可塑性樹脂を用いるので、木質材料と該繊維状の熱可塑性樹脂とを分離することなく均一に混合し、かつ混合中に空気をまき込むことが出来る。
また該繊維状の熱可塑性樹脂が木質材料と絡合し溶融して結着する結果、内部に多数の空隙が存在し、そして高強度かつ軽量な成形体が得られる。
更に加熱溶融状態の繊維状の熱可塑性樹脂に木質材料を供給すれば、熱可塑性樹脂の木質材料に対する分散性が得られ、強度の大きな木質成形体が得られる。特に該繊維状の熱可塑性樹脂を加熱溶融状態で熱風圧および/または冷風圧によって延伸細化すると、木質材料と熱可塑性樹脂との混合がより均一に行われ、更に高強度な木質成形体が得られる。
本発明の木質成形体は壁板、床板、野地板、椅子座板、椅子背板、テーブル板等の建築板や家具素材、あるいは自動車ドアトリム、トノボード等の内装材に有用である。
【図面の簡単な説明】
図1〜図27は本発明の一実施例を示すものである。
【図1】繊維状熱可塑性樹脂と木質材料との混合工程説明図
【図2】繊維状熱可塑性樹脂と木質材料との他の混合工程説明図
【図3】フォーマーの側面説明図
【図4】他のフォーマーの側面説明図
【図5】型板と熱間ロールプレスと冷間ロールプレスとを使用する木質成形体製造工程説明図
【図6】熱間ロールプレスと冷間ロールプレスとを使用する木質成形体製造工程説明図
【図7】圧締前の説明正面図
【図8】圧締状態の説明側面図
【図9】加熱圧締後の成形マット構造説明図
【図10】熱可塑性樹脂の押出および吐出工程説明図
【図11】ダイのノズル孔吐出部の断面説明図
【図12】ダイのノズル孔複数列並設状態を示す説明図
【図13】ダイのノズル孔並設状態を示す説明図
【図14】繊維状熱可塑性樹脂が木質材料と絡み合って融着した状態を示す説明図
【図15】ノズル孔が複数列並設されたダイを用いた原料絡み合い状態の説明図
【図16】ノズル孔が3列並設されたダイを用いた原料絡み合い状態の説明図
【図17】熱風および冷風による熱可塑性樹脂吐出物の延伸細化説明図
【図18】熱風および冷風による他の延伸細化説明図
【図19】ダイを段状に設け熱風および冷風を吹付ける延伸細化説明図
【図20】木質材料の加熱工程説明図
【図21】木質材料供給コンベアとダイとを多段に設けた原料混合工程説明図
【図22】木質材料供給コンベアの他の実施例説明図
【図23】木質材料供給コンベアの更に他の実施例説明図
【図24】木質材料供給コンベアの更に他の実施例説明図
【図25】繊維状熱可塑性樹脂が木質材料と絡み合って融着した状態を示す説明図
【図26】加熱プレス装置説明図
【図27】冷間プレス装置説明図
【符号の説明】
1 押出機
1A ダイ(ダイス)
1B ノズル孔
1C 熱風吹出し口
7 コンベア
10 型板
13A,14A 圧縮ロールプレス
13B,14B 熱間ロールプレス
13C,14C 冷間ロールプレス
16A,16B エンボスロール
42,52,62 ダイ
43 ノズル孔
R 熱可塑性樹脂(加熱)溶融物
W 木質材料(木片)
Mx 原料混合物
M マット
M’ 成形マット
φ1 ノズル孔の口径
φ2 熱可塑性樹脂吐出物の延伸細化後の径
Claims (13)
- 押出機から連続的または断続的に熱可塑性樹脂加熱溶融物を繊維状に押出し、該繊維状に押出されている熱可塑性樹脂加熱溶融物に木質材料を添加混合し、該熱可塑性樹脂加熱溶融物と該木質材料との混合物をプレス成形することを特徴とする木質成形体の製造方法
- 該熱可塑性樹脂加熱溶融物と該木質材料との混合物は、所定方向に移動しているコンベア上に直接または該コンベア上に載置されている型板上に散布してマットをフォーミングし、該マットをプレス成形する請求項1に記載の木質成形体の製造方法
- 該プレス成形は該熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で行なわれ、得られた成形マットを冷間ロールプレスに通して冷却するかまたは冷間プレスによって冷却する請求項1または2に記載の木質成形体の製造方法
- 該マットにはプレス成形後に該マットの一側または両側にエンボス加工を施して凹凸柄を形成する請求項1〜3に記載の木質成形体の製造方法
- 該マットは圧締された状態で該熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で加熱することによってプレス成形され、その後成形マットを圧締状態のまゝで冷却し、冷却した後圧締状態を解除する請求項1または2に記載の木質成形体の製造方法
- 該マットと型板とからなるユニットは多段に積重ねて圧締される請求項5に記載の木質成形体の製造方法
- 押出機のダイのノズル孔から該熱可塑性樹脂加熱溶融物を繊維状に吐出させると共に熱風圧および/または冷風圧によって延伸細化し、延伸細化された該繊維状の熱可塑性樹脂加熱溶融物を溶融状態で木質材料と混合する請求項1〜6に記載の木質成形体の製造方法
- 上記押出機のダイのノズル孔は複数個一列または複数個複数列に並設されている請求項7に記載の木質成形体の製造方法
- 該ダイは複数段配置されている請求項7〜8に記載の木質成形体の製造方法
- 上記ダイのノズル孔の口径は0.2〜2.0mmである請求項7〜9に記載の木質成形体の製造方法
- 該繊維状の熱可塑性樹脂は熱可塑性樹脂廃材から製造される請求項1〜10に記載の木質成形体の製造方法
- 該木質材料はフレーク形状の木片である請求項1〜11に記載の木質成形体の製造方法
- 該木質材料は加熱しつゝ該繊維状に押出されている熱可塑性樹脂加熱溶融物に添加混合される請求項1〜12に記載の木質成形体の製造方法
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