JP4108876B2 - 中空樹脂成形板の押出成形方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂成形材及びセルロース系の破砕物から成る木質合成粉を成形素材とした中空樹脂成形板の押出成形方法及び装置に関し、より詳しくは、建築素材、自動車、車両の内外装部品など各種の用途に適応する中空部を形成した熱可塑性樹脂成形材又は熱可塑性樹脂成形材及びセルロース系破砕物の混合原料あるいは、これらの混合原料から成る木質合成粉を成形素材として押出機で成形して中空部を有する所定の肉厚の成形板に形成するに際し、成形された成形板の品質を低下させることなく成形速度を向上し得る中空樹脂成形板の押出成形方法及び装置に関する。
【０００２】
なお、前記セルロース系の破砕物及び熱可塑性樹脂成形材は、一方又は双方が、建築廃材あるいは、自動車、家庭電気製品を始め、生活の多様化に伴い、日用品など広範な用途に向けて多種類、かつ大量に用いられ、多量に廃棄されている各種熱可塑性合成樹脂製品の廃材を再利用したものとすることができ、これらを木質合成板としてリサイクルするにあたり、この木質合成板の軽量化を目的として中空部の形成された成形板の品質を低下させることなく成形速度を向上し得る手段にかかるものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来の木質合成板の主な成形素材である木粉の真比重は１．４、熱可塑性樹脂成形材の真比重は材質により異なるが０．９〜１．５程度であるので、これらの木粉と熱可塑性樹脂成形材とを混練して成形した従来の木質合成板は、木粉と熱可塑性樹脂成形材との混合割合及び熱可塑性樹脂成形材により異なるが、比重が０．９７〜１．４８と、一般の木材の板材（例えば、ベニヤ板のような合板の比重０．４５〜０．７５）に比較して真比重が大きく、従って従来の木質合成板は重いという問題点があった。
【０００４】
このような従来の木質合成板の軽量化を図るべく、木質合成板に中空部を形成する試みがなされている。
【０００５】
中空部を備えた樹脂成形品の製造方法として、パイプ製造等において中空部を形成するオフセットダイ、真空サイジング装置等各種の装置が開発され使用されているが、板状を成す成品を製造するために熱可塑性樹脂成形材に中空部を形成する手段としては、ブロー金型を用いる押出ブロー成形機、射出ブロー成形機のほか、射出圧縮成形機などが用いられ、所謂固化押出成形は実用化されていなかった。
【０００６】
また、押出成形で中空部を形成することは実験的に行われ、理論的には不可能ではないが、中空部表面には、急激な冷却により窪みが生ずるものであった。
【０００７】
このように問題点を解消し、押出成形により軽量かつ窪み等の成形不良を生ずることなく中空の木質合成板を押出し成形により形成する方法が検討されている。この方法として、スクリューを備えた押出機により加熱、練成された押出し生地を成形室内に中子体の設けられた成形ダイへ吐出し、押出し生地を所定の肉厚に成形すると共に中子体により成形板に中空部を形成し、成形ダイより押し出された成形板の押出し力をブレーキ手段により抑制することで成形ダイへ押し出された押出し生地の密度を高くして中空樹脂成形板を成形する方法がある（特開平８−１１８４５２号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平８−１１８４５２号公報記載の発明によれば、成形ダイのダイ出口より押出された成形板に対して、ブレーキ手段により押出し方向と反対方向に抵抗力を加えて押出し生地を高密度とすることにより、窪み等の成形不良を生ずることなく中空部の形成された木質合成板を得ることができる。
【０００９】
しかし、前記従来技術に示す押出し成形方法にあっては、前述のように成形板の押出し力をブレーキ手段により抑制しているために、押出し速度が１時間あたり４〜５mと遅く、そのために生産性が悪いという問題点があった。
【００１０】
また、かりに押出機による押出し生地の押出し速度を速めたとしても、この場合には成形ダイ内において成形板が十分に冷却される前に押し出されてしまい、特に、従来の中空樹脂成形板の成形方法にあっては、押出し生地の冷却は成形ダイの壁厚内に設けられた冷却水の流路に冷却水を導入して押出し生地の外側より行うものであるために、押出し生地の内部まで十分に冷却されるまでには長時間を要する。
【００１１】
そのため、前述の４〜５m/hの押出し速度を超えて成形板を押し出す場合には、内部まで十分に冷却される前に成形板が押し出され、そのため成形板が押し出された後にさらに冷却されると成形板にひけやたわみが生ずる。特に、冷却が完了する迄に長時間を要する中空部間に形成されたリブにおいてこのひけやたわみの発生が著しく、このようなひけやたわみが生じた場合には、成形板の寸法、剛性、曲げ強度等が一定せず、製品の品質にむらが生ずるという問題点を有する。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり、中空樹脂成形板の製造において製造速度を上げることができると共に、このように製造速度を上げた場合であっても成形板にたわみやひけを生じさせることがなく、したがって均一な品質を有する成形板を高速で製造することができる中空樹脂成形板の製造方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の中空樹脂成板の押出成形方法は、押出し生地７９を加熱する溶融部２１ａと、この溶融部２１ａに連続する徐冷部２１ｂから成る成形室２２を備えると共に、前記溶融部２１ａに設けた基部４４から押出し方向に平行に突出し、少なくとも前記成形室２２の徐冷部２１ｂに延長する中子体４０を設けた成形ダイ１０に、加熱、練成した原料をスクリューをもって押出して、押出し生地７９を所定の肉厚に成形すると共に中空部を形成し、成形ダイ１０へ押出した押出し生地７９を前記徐冷部２１ｂにおいて押出し生地７９の外側及び中空部内側より徐冷し、且つ、前記成形ダイ１０より押し出された成形板２９を引き取るとことを特徴とする。
【００１４】
前述の方法において、押出速度よりも遅い速度で成形板２９を引き取ることにより押出機７０のスクリュー７１による押出し生地７９の押出し速度を調整することもできる。
【００１５】
さらに、押出機７０による押出し生地７９の押出し速度を上昇するとき、成形ダイ１０の溶融部２１ａにおける押出し生地７９の加熱温度を上昇させることとすれば好適である。
【００１６】
また、本発明の中空樹脂成形板の押出し成形装置は、原料を加熱、練成し、スクリュー７１をもって押出す押出機７０の押出ダイ１９に、前記押出ダイ１９より押出された押出し生地７９を加熱する溶融部２１ａと、この溶融部２１ａから押し出された押出し生地７９を所定の肉厚に成形する徐冷部２１ｂから成る成形室２２と、前記溶融部２１ａに設けた基部４４から押出し方向に平行に突出して少なくとも前記徐冷部２１ｂに延長する中子体４０を設けた成形ダイ１０を連結し、前記成形室２２の徐冷部２１ｂ内の押出し生地７９を、押出し生地７９の外側から冷却する、冷却管２５等の冷却手段を成形ダイ１０の例えば壁面内に設けると共に、徐冷部２１ｂにおいて前記中子体４０内に冷却媒体の流路４２を形成し、且つ前記成形ダイ１０より押し出された成形板２９を引き取る引取手段３０を備えたことを特徴とする。
【００１７】
徐冷部２１ｂにおいて前記中子体４０内に形成された冷却媒体の流路４２は、成形ダイ１０の壁面、前記基部４４、及び溶融部２１ａにおける中子体４０を貫通する冷却媒体の導入路４１に連通されてなり、前記導入路４１の外周を断熱材４３にて包囲して溶融部２１ａ内の押出し生地７９が冷却されることを防止している。
【００１８】
なお、前記押出ダイ１９と前記成形ダイ１０を、連通孔を備えたフランジ１７を介して連結し、前記フランジ１７の連通孔内の押出し生地７９を過熱するヒータを前記フランジ１７に設けることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、便宜上、セルロース系破砕物と熱可塑性樹脂成形材または、これらをゲル化混練、粉砕した木質合成粉から成る中空樹脂成形板の製造実施例を中心に説明している。
【００２０】
〔押出機〕
図１において、７０は単軸押出機であるが、一般に押出機は通常スクリュー形であり、単軸押出機と多軸押出機があり、この変形又はこれらが組み合わさった構造を持つものがあり、本発明ではいずれの押出機も使用することができる。
【００２１】
７１はスクリューで、単軸型であり、このスクリュー７１はギヤ減速機７２を介して図示せざるモータによって駆動され、バレル７４内で回転する。この回転するスクリュー７１でホッパ７３から投入されたセルロース系破砕物と熱可塑性樹脂成形材が混練されながらスクリュー７１の前方へ押出される。バレル７４の外面にはバンドヒータ７５を設けており、このバンドヒータ７５によりバレル７４内のセルロース系破砕物と樹脂が加熱されスクリュー７１の溝に沿って前方へ輸送されながら漸次溶融しセルロース系破砕物と樹脂が練成される。そしてスクリーンやフランジ１７を経てフランジ１７の押出ダイ１９から成形ダイ１０へ押出し生地７９として押出される。
【００２２】
〔押出ダイ〕
図１、図３及び図６において、バレル７４先端の押出ダイ１９は先端が幅６５mm、高さ２５mmの略楕円形状の射出口１８を備え（図６を参照）、バレル７４側の後端面に直径６５mmの円形を成す流入口１６から前記押出ダイ１９の射出口に向けて徐々に断面変形する連通孔を形成している。
【００２３】
なお、押出ダイ１９は押出機７０の大きさに応じて種々の大きさに形成できる。
【００２４】
前記押出ダイ１９の先端には、フランジ１７が取り付けられている。このフランジ１７には、前記押出ダイ１９の射出口１８と同形状の流入口と、幅９７．５mm高さ４６．７mmの射出口が形成され、フランジ１７内には導入口から射出口にかけて徐々に断面変型する連通孔が形成されている。
【００２５】
なお、前記フランジ１７の連通孔の周壁内には加熱手段たるヒータを埋設してもよい。この場合、押出機７０より押し出された押出し生地７９は、フランジ１７の流入口から流入し、ヒータで加熱保温されながら連通孔を経て成形ダイ１０の溶融部２１ａ内へ流動する。押出し生地７９の流動状態は良好である。しかも、前記押出ダイ１９は通常の一般的なダイとは異なり、射出口が大きいため多量の溶融原料（木質合成粉）を吐出し、且つ圧密を促進可能な形状に形成されているので、通常のダイで生じていたようなダイの目詰まりが生じない。
【００２６】
〔成形ダイ〕
図２及び図３において、１０は成形ダイで、押出ダイ１９及びアダプタ１７を介して押出機７０より押し出された押出し生地７９が導入され、この導入された押出し生地７９を加熱する溶融部２１ａと、溶融部２１ａから押し出された押出し生地７９を徐冷する徐冷部２１ｂを備えた成形室２２を備え、本実施形態にあっては、前記溶融部２１ａは、前記フランジ１７の射出口と同形状の入口及び出口を有する長さ６１mmの押出生地の流路を成すと共に、この溶融部２１ａの入口と同形状の断面形状を成す徐冷部２１ｂが形成され、成形室２２が押出し方向に一定の断面形状に形成されている。
【００２７】
なお、前記溶融部２１ａ及び徐冷部２１ｂよりなる成形室２２の内壁面には好ましくは、後述のフッ素樹脂でなるシートを貼設する。
【００２８】
なお、前記成形室２２は、加熱及び冷却手段をそれぞれ備える上下２枚の金属板を両側縁に配置した金属製の図示せざるスペーサで断面方形に形成したもので、前記スペーサの交換により任意の目的とする中空樹脂成形板の肉厚が得られるように調整する。
【００２９】
成形ダイ１０は、一例として、幅２３０mm、高さ２５０．７mmの矩形状の断面を成し、成形室２２の入口からダイ出口２３までの距離（押出し方向の距離）は１，０００mmである。
【００３０】
〔成形ダイ内の構造〕
前記成形室２２の上下左右の四方の内壁面は例えば厚さ０．２５mmのフッ素樹脂でなるシートを貼設することもできる。この他に、成形室２２の上下左右の四方の内壁面にフッ素樹脂を直接表面コーティングすることもできるが、交換が容易でありフッ素樹脂のコーティング加工が容易で耐久性に富むという点で、フッ素樹脂のシートを貼設することが特に好ましい。
【００３１】
前記フッ素樹脂シートは特に好ましくは、ガラス織布の表面にフッ素樹脂のフィルムをコーティングしたものであり、フッ素樹脂には上述のように、テフロンＴＦＥ、テフロンＦＥＰ、テフロンＣＴＦＥ、テフロンＶｄＦ等がある。なお、前記ガラス織布はガラス繊維の不織布でもよい。
【００３２】
なお、前述のフッ素樹脂のコーティング加工は、成形室２２の上下の内壁面、すなわち中空樹脂成形板の表裏面を形成する面に相当する内壁面に施すこともできるが、前述したように成形室２２の上下左右の内壁面全体に施すことが望ましい。
【００３３】
図２及び図３において、１４ａ〜１４ｃはヒータで、電熱ヒータ等の加熱手段から成り、押出し生地７９を加熱保温し、押出し生地７９の流動性を維持するため、成形ダイ１０全体の長手方向の４分の１にわたって形成された溶融部２１ａに相当する成形室２２の上下の成形ダイ１０内に３本等間隔で挿通して配管設置されている。
【００３４】
中空樹脂成形板の押出し速度を、一例として１０〜２０m/hとする本発明の中空樹脂成形板の押出し成形方法にあっては、このヒータ１４の温度を例えば７m/h以下の速度にて押し出す場合に比較して高温としている。
【００３５】
一例として、成形板の押出し速度を１〜７m/hとした場合と、押出し速度を７m/h以上とした場合のヒータ１４の温度の相違を示せば下表の通りである。
【００３６】
なお、各符号が示す位置は、図４に示す通りであり、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は押出機７０における温度の測定位置、Ａはフランジ１７に設けられたヒータ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃは成形ダイの各ヒータを示す。
【００３７】

【００３８】
以上のように、押出し速度を速くした場合にあっては成形ダイ１０のヒータ１４ａ〜１４ｃの温度を低速の場合に比較して高い温度としている。これは、成形速度が速くなると押出し生地７９が成形ダイ１０の熱を奪ってしまい成形ダイ１０の溶融部２１ａにおいて押出し生地７９の溶融が不完全となるためである。
【００３９】
このように、成形ダイ１０の溶融部２１ａにおける押出し生地７９の溶融が不完全になると、成形された成形板２９の密度が均一でなくなり、板に巣ができた状態となる。そのため、成形ダイ１０の溶融部２１ａにおける押出し生地７９の溶融を充分に行うべく、該部分におけるヒータ１４ａ〜１４ｃの温度を従来の場合に比較して高温としているのである。
【００４０】
また、２５は冷却管で、成形ダイ１０の成形室２２の徐冷部２１ｂを冷却する冷却手段の一例を示すもので、成形室２２の押出し方向に適当な間隔毎に、この冷却管２５に常温の水又は７０〜８０℃程度までの水あるいは油等の冷却媒体たる冷却液を供給して成形室２２内の押出し生地７９をその外側から冷却する。この冷却管２５の配管は成形室２２内の押出し生地７９の徐冷効果を向上するために成形ダイ１０のダイ出口２３の方向に向けて４分の３を占める徐冷部２１ｂに、成形室２２の上下の成形ダイ１０内に等間隔に多数挿通して配管設置されている。なお、冷却管２５の間隔を次第に狭くするように設けることもでき、あるいは冷却管２５を成形ダイ１０の外壁に接して配設することもできるが、成形室２２内の押出し生地７９を冷却できればよいので、この実施例の構造に限定されない。
【００４１】
〔中子体〕
図２及び図３において、中子体４０は、本実施形態にあっては溶融部２１ａの上下内壁に固着された基部４４と一体的に形成され、前記基部４４から成形ダイ１０の出口に向かって三本の中子体４０が突出形成されて全体として略櫛歯状に形成されている。
【００４２】
前記基部４４と溶融部２１ａの上下内壁との連結部は、図２に示すように平面において流線型に形成されており、溶融部２１ａを流れる押出し生地が抵抗無く流れるよう形成されている。
【００４３】
本実施形態にあっては、長さを６８１mm、基部４４側において高さ３４．５mm、幅２５．４mm、出口側において高さ３３．８mm、幅２４．８mmにその矩形状の断面を徐々に狭めるテーパー状の２本の中子体４０，４０間に、長さを６８１mm、基部４４側において高さ３４．５mm、幅２４．４mm、出口側において高さ３３．８mm、幅２３．８mmにその矩形状の断面を徐々に狭めるテーパー状の中子体４０を１本配置している。
【００４４】
この中子体４０の基部４４を固着する成形ダイ１０の上部内壁面には、成形ダイ１０の壁面を貫通して、水、油等の液体、空気、その他のガス等の冷却媒体を供給する図示せざる冷却媒体の供給源と連通された導入路４１が形成されており、この冷却媒体の導入路４１が成形ダイ１０の壁面及び基部４４を貫通して溶融部２１ａにおける中子体４０に至り、徐冷部２１ｂにおいて中子体４０内に形成された後述の冷却媒体の流路４２に連通している。
【００４５】
この中子体４０内に形成された冷却媒体の導入路４１は、断熱材４３にて包囲されており、導入路４１内を通過する冷却媒体が該部において押出し生地を冷却することを防止すると共に、後述の冷却媒体の流路４２に冷却媒体が導入されたときの冷却効果の向上を図っている。
【００４６】
本実施形態にあっては、外周に断熱材としてミオレックスＰＭＸ−５７５（菱電化成）を配置した直径４mmの金属製パイプにて成形ダイ１０の壁面、基部４４及び中子体４０を貫通し、これを冷却媒体の導入路４１としている。
【００４７】
徐冷部２１ｂにおいて、中子体４０内には中子体４０の中央を貫通する直径２０mmの流路が形成されており、この流路４２内に冷却媒体を流通して徐冷部２１ｂ内の押出し生地７９を中空部の内側より徐冷し得るよう構成している。
【００４８】
この流路４２は、本実施形態にあっては一端において前述のように冷却媒体の導入路４１に連通し、他端を中子体４０の端部において開口させて成形ダイ１０の出口に向かって開口する形状に形成されており、従って、冷却媒体の流路４２内に導入された冷却媒体は、押し出された成形板２９内に形成された中空部を介して、成形ダイ１０外に排出され、冷却媒体が中子体４０内に形成された流路４２及び成形板２９内に形成された中空部を通過するときに押出し生地７９及び成形板２９を内部より徐冷する。
【００４９】
なお、前記冷却媒体の流路４２を前述の構成に代えて、例えば徐冷部２１ｂにおいて中子体４０を成形ダイ１０の出口側の端部で連通する二重管構造とし、この一方を冷却媒体の導入源に連通すると共に、他方を冷却媒体の排出口に連通して、冷却媒体である例えば冷却水や冷却油が、中子体４０内を循環するよう構成しても良く、冷却媒体の流路４２は、押出し生地７９を内側より徐冷し得る構成であれば導入される冷却媒体の種類、その他各種の条件の変更にしたがって種々の設計変更が可能である。
【００５０】
なお、前記中子体４０は、全外表面に０．１〜０．５mm厚のテフロン等フッ素樹脂でなるシートを貼設することもでき、また、成形室２２の容積に応じてその大きさを適宜変更することが可能である。
【００５１】
〔引取手段〕
引取手段３０は、成形ダイ１０の出口側に配置され、成形ダイ１０の出口を介して押し出された成形板を引き取るもので、その一例を図５に示す。
【００５２】
図５に示す実施形態にあっては、この取引手段３０は、無端ベルトに３２て同時に巻回された複数のローラ３１，３１，３１を上下方向に対抗配置して、上下に配置された無端ベルト３２，３２間で成形板２９を挟持し得るよう構成したもので、このローラ３１のうちの少なくとも１つを駆動源に連結された駆動ローラ３１ａとなし、無端ベルト３３を介して上下ローラ３１，３１間に挟持された成形板２９を、前記駆動ローラ３１ａの回転により押出し方向に引き取るよう構成したものである。
【００５３】
この引取手段３０により成形板２９を例えば押出機７０の押出し速度よりも遅い速度にて引き取ると、成形ダイ１０の溶融部２１ａ内における押出し生地は、高密度かつ均一な状態となり、成形される成形板２９に窪みやひけ、たわみ等を生じさせない状態にある。
【００５４】
そして、押出機７０による押出し生地の押出し速度を上昇させると共に、この引取手段３０による成形板２９の引取り速度を、押出機７０による押出し生地の押出し速度よりも遅い速度で上昇すると、成形ダイ２０の溶融部２１ａ内における押出し生地の圧力を一定に保ったまま成形板２９の成形速度を向上させることができ、成形板２９の成形速度の調整を、溶融部２１ａ内の押出し生地７９を高密度としたまま行うことができるよう構成されている。
【００５５】
以上のように構成された中空樹脂成形板の押出成形装置において、本実施形態にあっては一例として押出機７０のホッパ７３内に投入する原材料をセルロース系破砕物と熱可塑性樹脂成形材とを混練して得られた成形材を用いて中空樹脂成形板を製造する例について説明する。尚、本明細書においてセルロース形破砕物と熱可塑性樹脂成形材を混練し、所定の粒径に造粒、粉砕されたものを「木質合成粉」という。
【００５６】
この木質合成粉の原料とされる木粉は、その粒径を熱可塑性樹脂成形材とのなじみを良好とし、成形押し出し時における木粉の摩擦抵抗を減じ成形機の損耗、毀損の防止を図ることより、５０〜３００メッシュ、好ましくは、６０（篩下）〜１５０メッシュ（篩上）とする微細な粉末状とし、成形時における木酸ガスを揮散し、水蒸気あるいは気泡発生のおそれをなくし、表面の肌荒れを防止する意図からその含有水分量を１５wt％以内、好ましくは１１wt％以内、理想的には０〜５wt％の範囲内としたものである。
【００５７】
なお、かかる木粉の特性をさらに向上させるため尿素系樹脂接着剤に木材チップ等の素材を浸漬あるいはこれに添加し、加熱硬化した後５０〜３００メッシュに破砕、微粉末化することが可能であり、かかる木粉の成形方法に於ては、充分な加熱硬化、特に尿素系樹脂接着剤による中和しながらの加熱硬化によって木粉内の木酸は、中和と揮散とにより急速に除去されると共に木粉周面に硬化接着面が設けられ、木粉の含有水分が高められることを有効に防止でき、さらに木粉の滑動性を高め、成形押出し時に於ける摩擦抵抗を特に減じることができる。
【００５８】
熱可塑性樹脂成形材は、前述の廃棄された各種の樹脂成形品をそのままもしくは表面樹脂塗膜を形成した樹脂成形品を複数の各小片に破砕し、前記破砕された個々の各小片に対して、圧縮研削作用を付加して樹脂塗膜を研削、剥離し、前記研削された個々の各小片に対して、微振動に基づいた圧縮衝撃力を付加して圧潰粉砕させ、かつ圧潰粉砕によって剥離された樹脂塗膜を随時に除去し熱可塑性樹脂成形材として素材化した、ＰＶＣ、ＰＥＴ、ＰＰ等の樹脂である。
【００５９】
熱可塑性樹脂成形材は、ＰＰの場合、前記木粉は最大で７５wt％まで混入される。木粉を混入する割合の範囲は２０〜７５wt％相当であるが、好ましくは３０〜７０wt％である。
【００６０】
混入容量は、目的とする耐摩耗特性などの諸特性に合わせて適宜決定されるものであるが、本発明においては、前述の成形時における種々の弊害が除去されることから多量に混入することができる。
【００６１】
ＰＥＴの場合は、木粉は最大で６０wt％まで混入されるが、木粉の混入割合は２０〜６０wt％が良い。
【００６２】
熱可塑性樹脂成形材がＰＶＣのとき、木粉の混入割合は３０〜６０wt％、好ましくは４５wt％である。
【００６３】
なお、押出成形においては、熱可塑性合成樹脂製品の廃材から得られた回収熱可塑性樹脂成形材を再利用して前記押出機内へ投入し、あるいはバージンの熱可塑性樹脂を投入し、あるいはバージンの熱可塑性樹脂と前記回収熱可塑性樹脂成形材をそれぞれ、例えば５０％ずつ投入することもできる。
【００６４】
尚、使用目的に応じて、顔料を添加し、製品に着色することもできる。
【００６５】
また、含有水分量を１５wt％以内とし平均粒径２０メッシュ以下のセルロース系破砕物２０〜７５wt％に対して熱可塑性樹脂成形材２５〜８０wt％をともに攪拌衝撃翼により混合して、摩擦熱によりゲル化混練し、前記ゲル化した混練材料を常温で空冷もしくは、適宜手段により冷却して、さらに粒径８mm以下に整粒して得た木質合成粉を前記押出機７０のホッパ７３内に投入すると、木粉と熱可塑性樹脂成形材との馴染みがより一層良好であり、木粉の摩擦抵抗を減じ得る良好な混練状態の生地が形成される。
【００６６】
〔木質合成粉の製造例〕
以下、本発明の木質合成粉を製造するために用いる各種製造装置について図面を参照しながら説明する。
【００６７】
〔乾燥流動混合混練手段〕
図８において、８０は原材料を各撹拌衝撃翼により撹拌、混合し、且つ、前記混合した材料相互及び各撹拌衝撃翼との摩擦により発生した熱により、各材料を乾燥し、且つ、混練して「混練材料」を形成する乾燥流動混合混練手段で、本実施の形態において、便宜上「ミキサー」という。
【００６８】
８１はミキサー本体で、上面開口を有する円筒形を成し容量が３００リットルのケーシングであり、前記開口はミキサー本体８１内に原材料を投入する投入口９４で、この投入口９４を開閉自在な上蓋８２で被蓋する。上蓋８２には、ミキサー本体８１内で発生した多量の水蒸気を排出するガス排出管９５を連通している。さらに、ミキサー本体８１の底面付近の外周面に１ヶ所の排出口８８を設け、この排出口８８を被蓋する蓋８９をシリンダ９１のロッド先端に設け、シリンダ９１の作動により前記排出口８８を開閉自在に設けている。９３は排出ダクトで、前記排出口８８に連通している。
【００６９】
さらに、ミキサー本体８１の底面の中心には図示せざるモータ３７KW（ＤＣ）の回転駆動手段により８００〜９００rpm/maxで高速回転する軸８３をミキサー本体８１内の上方に向けて軸承し、この軸８３に下から上方へ順にスクレイパー８４、撹拌衝撃翼８５，８６，８７を装着し、軸８３の先端から締付ナット９２で締め付けている。なお、前記各撹拌衝撃翼８５，８６，８７の形状は特に限定されないが、本実施の形態では軸８３を中心に対称を成す２枚羽根である。図８のように３個の撹拌衝撃翼を重ねた場合は全部で６枚の羽根で成り、これら６枚の羽根は平面で３６０度を６等分した等分角（６０度）を成すように互いに交叉した状態で重ねている。なお、複数個の撹拌衝撃翼を設けた場合、撹拌衝撃翼の合計の羽根数で３６０度を等分した角度で互いに交叉して重ねることは原材料を効率良く混練する点で好ましい。
【００７０】
なお、前記スクレイパー８４はミキサー本体８１の底面を僅かに摺接して回転し、ミキサー本体８１内で混練された原材料をミキサー本体８１の底面に残留しないよう掻き出し、且つ原材料を循環するものである。
【００７１】
〔冷却造粒手段〕
図９において、１００は前述した混練材料を混合し撹拌して「造粒原料」を形成する冷却造粒手段であり、本実施の形態では「クーリングミキサー」という。
【００７２】
１０１はミキサー本体で、逆円錐形状を成す容量１０５０リットルのケーシングであり上面を被蓋し、一方、下端に排出口１０７を設け、この排出口１０７をバルブ１０６で開閉自在に設けている。ミキサー本体１０１の外周壁内にジャケット１０２を形成し、このジャケット１０２内に給水管１０８から排水管１０９へ常時、１００リットル/minの冷却水を供給し、クーリングミキサー１００内の原材料の温度を熱可塑性樹脂材料の融点近傍（本実施形態にあっては１００℃以下）まで冷却するよう保持される。なお、ミキサー本体１０１の上壁面にはクーリングミキサー１００内で発生した水蒸気を排出する図示せざる排出ダクトを連通している。
【００７３】
前記ミキサー本体１０１の上壁内の略中心にはアーム１０３が略水平方向に回動可能に軸支され、このアーム１０３は減速装置１１２を介してモータ１１１により約３rpmの速度で回転駆動される。さらに、前記アーム１０３の回転軸は中空軸であり、この中空軸内に独立して回転する他の回転軸を設け、この回転軸にモータ１０５の出力軸を連結している。一方、前記アーム１０３の先端には撹拌破砕翼１０４を軸承し、この撹拌破砕翼１０４は本実施の形態ではスクリュー型を成すものであり、該撹拌破砕翼１０４の回転軸線方向をミキサー本体１０１の内周壁面に沿って略平行に下方へミキサー本体１０１の下端付近まで延長している。撹拌破砕翼１０４はアーム１０３内に設けた歯車等による回転伝達手段を介して前記モータ１０５の出力軸に連結する回転軸に連結され１２０rpmの速度で回転駆動される。
【００７４】
なお、ミキサー本体１０１の上壁には投入口１１３を設け、この投入口１１３に前述したミキサー８０の排出ダクト９３を連通する。
【００７５】
前述したミキサー８０で形成された混練材料は排出ダクト９３を経てクーリングミキサー１００の投入口１１３からミキサー本体１０１内へ投入される。撹拌破砕翼１０４はモータ１０５により１２０rpmの速度で回転し、しかも、アーム１０３が減速装置１１２を介して減速されたモータ１１１の回転力により３rpmの速度で水平方向に回転するので、前記撹拌破砕翼１０４はミキサー本体１０１の内周壁面に沿って円錐を描くように回転し、アーム１０３内の混練材料を撹拌する。
【００７６】
混練材料はジャケット１０２内の冷却水により冷却されたミキサー本体１０１の内周壁面で冷却され、直径約２５mm以下に造粒された「造粒原料」が形成され、この造粒原料はバルブ１０６を開放して排出口１０７より排出される。
【００７７】
なお、この排出口１０７に直径８mmメッシュのスクリーンを設け、この冷却工程において、予備的に粉砕処理を行っても良い。
【００７８】
なお、冷却造粒手段は、上記のクーリングミキサーに限定されず、例えば、ミキサー本体内の混練材料を撹拌する撹拌羽根を設け且つミキサー本体の外周壁面に前述したようなジャケットを設け、このジャケット内を流れる冷却水でミキサー本体内の混練材料を冷却するものであれば良い。
【００７９】
また、ミキサー８０で形成された混練材料は前記ジャケット１０２を備えてない一般的なミキサーを用いて撹拌のみを行なって冷却することも可能であるが、この場合は混練材料を冷却するに長時間を要するので、本実施の形態のようなクーリングミキサーの冷却造粒手段で造粒原料を形成することが望ましい。
【００８０】
〔粉砕手段〕
前記冷却造粒手段で形成された造粒原料は、さらに粉砕手段を使用して粒径８mm以下に粉砕し、「木質合成粉」を形成する。
【００８１】
図１０において、１２０は前述した造粒原料を粉砕する粉砕手段であり、本実施の形態では「カッタミル」を用いている。
【００８２】
１２１はカッタミル本体で、上面開口を有する円筒形を成すケーシングであり、前記開口を開閉自在な蓋１２２で被蓋する。前記蓋１２２はカッタミル本体１２１内に造粒原料を投入する投入口１２３を備えている。
【００８３】
また、前記カッタミル本体１２１内にはカッタミル本体１２１の底面に軸承されて図示せざる回転駆動手段で水平方向に回転するカッタ支持体１２４を設け、このカッタ支持体１２４の外周に上下方向に長い回転刃１２５を３枚を設け、これらの３枚の回転刃１２５はカッタ支持体１２４の回転方向で１２０度の等角度を成すように配設し、３枚の回転刃１２５の刃先は同一の回転軌跡上に位置している。さらに、前記３枚の回転刃１２５の刃先の回転軌跡に対して僅かな隙間を介して二の固定刃１２６を回転刃１２５の刃先の回転軌跡の略対称位置にカッタミル本体１２１に固定し、二の固定刃１２６とカッタ支持体１２４と回転刃１２５とでカッタミル本体１２１内を二分し、投入室１２７と粉砕室１２８を形成する。前記蓋１２２の投入口１２３は前記投入室１２７に連通する。なお、二の固定刃１２６と回転刃１２５との隙間は造粒原料を所望の大きさに粉砕できるよう自在に調整できる。また、粉砕室１２８は前記二の固定刃１２６間を回転刃１２５の回転軌跡の周囲を囲むようにスクリーン１２９で仕切っている。なお、スクリーン１２９は、本実施の形態では８mm以下の大きさの粉砕された「木質合成粉」が通過できるメッシュで形成している。また、粉砕室１２８のカッタミル本体１２１の下端にはカッタミル１２０で前記粉砕物を排出する排出口１３１を設けている。
【００８４】
以上のカッタミル１２０において、蓋１２２の投入口１２３から前述したクーリングミキサー１００で形成した造粒原料を投入し、図示せざる回転駆動手段でカッタ支持体１２４を回転すると、造粒原料はカッタ支持体１２４の回転刃１２５と固定刃１２６間で約８mm以下に切断され「木質合成粉」が形成される。
【００８５】
なお、粉砕手段は、上記のカッタミルに限定されず、例えば、（株）ホーライ社製のハードクラッシャのように、回転刃１２５の回転軸は水平方向に設けられ、二の固定刃１２６間のスクリーン１２９は下方に設けられているものもある。
【００８６】
〔木質合成粉の製造実施例〕
次に、前述した各製造手段を用いて本実施形態において使用した木質合成粉の製造実施例を以下に説明する。
【００８７】
工程１
本工程では、前述した乾燥加圧流動混合混練手段であるミキサー８０を用い、原料の１つである木粉を乾燥させる。
【００８８】
モータを回して撹拌衝撃翼８５，８６，８７およびスクレイパー８４を高速回転し、上蓋８２を開放して投入口９４から木粉を投入する。
【００８９】
ミキサー８０の前記撹拌衝撃翼の回転を８００〜９００rpmに維持すると、撹拌衝撃翼による剪断力が高くなるため剪断力による摩擦熱の発生が向上し、ミキサー８０内の温度は１８０〜１９０℃になり、投入された木粉が乾燥される。
【００９０】
本実施形態にあっては、投入された木粉の含有水分量が０％となるまで乾燥する。また、顔料等として酸化チタン等を添加する場合には、この乾燥工程において前記木粉と共にミキサー８０内にこれを投入する。本実施形態にあっては、木粉１００wt％に対して１０wt％前後の白酸化チタンを投入している。
【００９１】
工程２
以上のように乾燥された木粉５５wt％に対して、熱可塑性樹脂成形材としてＰＰ４５wt％を前記ミキサー８０内に投入し、さらに８００〜９００rpmで撹拌加圧してミキサー８０内の温度を２１０℃に上昇させる。
【００９２】
なお、熱可塑性樹脂成形材の形態は、本実施形態では直径３mm程度の大きさの粒状からなるペレットを使用している。また、熱可塑性樹脂成形材であるＰＰの融点は１６５℃である。
【００９３】
なお、熱可塑性樹脂材料は、熱可塑性合成樹脂製品の廃材から得られた回収熱可塑性樹脂材料を再利用したもの、あるいはバージンの熱可塑性樹脂を投入し、あるいはバージンの熱可塑性樹脂と前記回収熱可塑性樹脂材料をそれぞれ、例えば５０％ずつ用いることもできる。
【００９４】
この工程で、原材料内の木粉によりＰＰは大きな塊とはならず、混合分散に際しても凝集したりせずに粘土状にゲル化する。この工程で、上記粘土状にゲル化したものは直径約１０〜１００mmの塊状の「混練材料」となった。
【００９５】
前記モータを低速にし、シリンダ９１を作動して蓋８９を後退して排出口８８を開放する。ミキサー本体８１内のゲル化した原材料は排出口８８から排出ダクト９３を経て、次工程へ排出される。
【００９６】
工程３
本工程では、前述した冷却乾燥手段であるクーリングミキサー１００を用いる。
【００９７】
前述したミキサー８０で形成された混練材料は排出ダクト９３を経てクーリングミキサー１００の投入口１１３からミキサー本体１０１内へ投入される。撹拌破砕翼１０４はモータ１０５により１２０rpmの速度で回転し、アーム１０３が３rpmの速度で水平方向に回転している。
【００９８】
混練材料はジャケット１０２内に１００リットル/minで導入された冷却水により冷却されたミキサー本体１０１の内周壁面で冷却され、直径約２５mm以下に造粒された「造粒原料」が形成され、この造粒原料はバルブ１０６を開放して排出口１０７より排出される。
【００９９】
混練材料としてのＰＰの融点は１６５℃であり、本製造例では前述したミキサー８０内で２１０℃にゲル化した混練材料をクーリングミキサー１００へ投入して１００℃以下まで冷却する。このクーリングミキサーによる冷却乾燥は効率が良い。このときのジャケット１０２内の冷却水については、給水管１０８から供給する冷却水の温度は３０℃で、排水管１０９より排水される冷却水の温度は４０℃。
【０１００】
工程４
前記工程で形成された造粒原料は、さらにカッタミル１２０を使用して粒径８mm以下に粉砕し成形素材を形成する。
【０１０１】
図１０において、造粒原料はカッタ支持体１２４の回転刃１２５と固定刃１２６間で約８mm以下に切断され「木質合成粉」が形成され、粉砕室１２８のスクリーン１２９のメッシュを通過して排出口１３１より排出される。
【０１０２】
このようにして木粉と熱可塑性樹脂成形材との混合、分散状態を定常的に維持すべく、良好なる流動性を与える木質合成粉が形成され、且つ冷却による凝縮、縮小作用とも相まって、化学的な反応とか接着によらない木質合成粉が形成され、排出口１３１より排出され次工程の押出機７０へ送られる。
【０１０３】
〔成形ダイ内の作用〕
押出機７０より押出ダイ１９及びフランジ１７を介して吐出された押出し生地７９は、溶融部２１ａを経て成形ダイ１０の成形室２２内の押出し方向へ流れる。
【０１０４】
溶融部２１ａ内を流れる押出し生地７９はヒータ１４ａ〜１４ｃにより加熱され、良好な混練状態を保ちながら押出される。押出し生地７９は、細長の矩形状を成す成形室２２内へ押出され、この成形室２２内の徐冷部２１ｂを通過する過程で冷却管２５内を流れる冷却水により外側から冷却されると共に、中子体４０内に形成された冷却媒体の流路４２内に導入された冷却媒体により内側からも冷却されて均一に冷却されて、４６．７mmの肉厚の製品としての中空樹脂成形板２９が成形される。
【０１０５】
中子体４０は、成型ガイド部４１からダイ出口２３方向に向かって徐々にその太さを細く形成されたテーパ形状を成すため、押出し生地の冷却固化に際して中子体が押出し力に対する抵抗になることはない。
【０１０６】
また、溶融部２１ａにおいて、中子体４０内に形成された冷却媒体の導入路４１は断熱材４３により包囲されているため、中子体４０内を流れる冷却媒体が溶融部２１ａ内の押出し生地７９を冷却することはなく、従って溶融部２１ａ内において押出し生地７９の流動性が低下することも防止されている。
【０１０７】
なお、案内部１５、中子体４０の表面にフッ素樹脂のシートを貼設すれば中子体４０の表面を通過する押出し生地７９に対する抵抗は小さいので、押出し生地７９内の特に摩擦抵抗の大きい木粉は案内部１５の表面で大きな抵抗を受けることなく円滑に流動するので、押出し生地７９は均一で高密度の混練状態を保ちながら成形ダイの成形室２２内を押し出される。
【０１０８】
特に、木質合成粉を用いて本発明の押出成形を行なった場合は、押出機７０内では個々の木粉間に樹脂が満遍なく浸透した混練状態の良い押出し生地７９が形成されるため、この押出し生地内の特に木粉が押出機内及び成形ダイ内の壁面で大きな抵抗を受けずに円滑に流動し、より一層均一で高密度の中空樹脂成形板が形成される。
【０１０９】
なお、成形室２２の上下左右の四方の内壁面にフッ素樹脂で成るシートを貼設することもでき、この場合には押出し生地７９が成形室２２を流動する過程において、押出し生地７９は徐冷されながら円滑に押出される。
【０１１０】
フッ素樹脂は、▲１▼約３００℃の耐熱性を有し、▲２▼表面が平滑であり摩擦係数が小さく、▲３▼金属に比べて熱伝導係数が低いという性質を有しているので、押出し生地７９に対して以下に示すような作用をする。
【０１１１】
フッ素樹脂は表面が平滑であり摩擦係数は小さいので、成形室２２内を通過する押出し生地７９内の特に木粉は大きな抵抗を受けずに流動する。そのため押出し生地７９の混練状態は良好な状態を維持して、結果として密度が均一で巣ができずしかも表面が平滑な高品質の中空樹脂成形板が生成される。
【０１１２】
成形室２２の徐冷部２１ｂでは押出し生地７９が冷却されるので押出し生地７９の流動性が悪くなる上、押出し生地７９内の木粉は樹脂に比べて摩擦抵抗が大きく、成形ダイの内壁面も摩擦抵抗が大きく、成形ダイの内壁面を接触して流動する木粉は大きな抵抗を受けることになり円滑に流動しないため押出し生地７９の混練状態を粗密にし巣を形成するなどの悪影響を及ぼすものであったが、成形室２２の内壁面にフッ素樹脂のシートを設けたことにより、押出し生地７９の木粉は成形室２２の内壁面から大きな抵抗を受けることなく円滑に流動するので、押出し生地７９に前述したような悪影響を及ぼすことなく押出し生地７９は均一・高密度の良好な混練状態で成形室２２内を押出される。
【０１１３】
また、上述したように押出し生地７９の木粉に対する抵抗力が少なくなり押出し生地７９は均一な密度で成形されるので、製品としての中空樹脂成形板２９の表面にはいわゆる肌荒れが生じることなく平滑な面に仕上がる。
【０１１４】
また、従来は、押出し生地７９の木粉が成形ダイ内で円滑に流動しないために成形ダイのヒータの熱で木粉が焼けてこげ茶色に変色したが、本発明は上述したように押出し生地７９の木粉が円滑に流動するので、木粉が焼けることなく耐衝撃性など品質特性の低下が生じない。
【０１１５】
フッ素樹脂は金属に比べて熱伝導係数が低いので、徐冷効果があり、押出し生地７９の冷却時の歪みを抑える作用をする。
【０１１６】
成形ダイ１０の成形室２２内の徐冷部２１ｂは冷却管２５及び中子体４０内の冷却媒体の流路４２内を流れる冷却水、空気流等の冷却媒体により冷却されるが、フッ素樹脂は金属に比べて熱伝導係数が低いので、成形室２２の冷却温度が成形室２２の内壁面に直接的に急速に熱伝導されないため、成形室２２内の押出し生地７９は急冷されず徐冷されることになる。したがって押出し生地７９が急冷されるときに生じる大きな歪みの発生は防止され、製品としての中空樹脂成形板２９の歪みが少なくなると同時に、表面が平滑となる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明した本発明の構成により、本発明の方法及び装置により以下に示す顕著な効果を得ることができた。
【０１１８】
成形ダイより押し出された成形板を引き取る引取手段を設けたことにより、成形板の押出し速度を上昇することができると共に、徐冷部において中子体に冷却媒体の流路を形成したことにより、この流路内に冷却媒体を導入することで徐冷部において所定の形状に成形された押出し生地を内部より徐冷することでができ、従って短時間において押出し生地の徐冷を行うことができた。
【０１１９】
従って、製造された成形板の品質を低下させることなく押出し速度を速めることができ、高品質の中空樹脂成形板を高速で製造することのできる方法及び装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の押出機の一部縦断面を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態の成形ダイの部分平面図である。
【図３】本発明の実施形態の押出ダイ、フランジ及び成形ダイを連結した状態の中央縦断面図である。
【図４】表１の温度測定箇所を示す押出し成形装置の概略図である。
【図５】引取手段を示す概略図である。
【図６】図３のＪ−Ｊ矢視断面図。
【図７】図２の右側面図。
【図８】本発明の実施例に使用するミキサー（乾燥流動混合混練手段）の要部断面を示す全体正面図である。
【図９】本発明の実施例に使用するクーリングミキサー（冷却造粒手段）の要部断面を示す全体正面図である。
【図１０】本発明の実施例に使用するカッタミル（粉砕手段）の要部断面を示す全体正面図である。
【符号の説明】
１０ 成形ダイ
１４ａ〜１４ｃ ヒータ
１６ 流入口（押出ダイの）
１７ フランジ
１８ 射出口（押出ダイの）
１９ 押出ダイ
２１ａ 溶融部
２１ｂ 徐冷部
２２ 成形室
２５ 冷却管
２９ 成形板
３０ 引取手段
３１ ローラ
３１ａ 駆動ローラ
３３ 無端ベルト
４０ 中子体
４１ 導入路（冷却媒体の）
４２ 流路（冷却媒体の）
４３ 断熱材
４４ 基部
７０ 押出機
７１ スクリュー
７２ ギヤ減速機
７３ ホッパ
７４ バレル
７５ バンドヒータ
７６ スクリーン
７９ 押出し生地
８０ ミキサー（流動混合混練手段）
８１ ミキサー本体
８２ 上蓋
８３ 軸
８４ スクレイパー
８５，８６，８７ 撹拌衝撃翼
８８ 排出口
８９ 蓋
９１ シリンダ
９２ 締付ナット
９３ 排出ダクト
９４ 投入口
９５ ガス排出管
１００ クーリングミキサー
１０１ ミキサー本体
１０２ ジャケット
１０３ アーム
１０４ 撹拌破砕翼
１０５ モータ
１０６ バルブ
１０７ 排出口
１０８ 給水管
１０９ 排水管
１１１ モータ
１１２ 減速装置
１１３ 吸入口
１１４ フレーム
１２０ カッタミル（整粒手段）
１２１ カッタミル本体
１２２ 蓋
１２３ 投入口
１２４ カッタ支持体
１２５ 回転刃
１２６ 固定刃
１２７ 投入室
１２８ 整粒室
１２９ スクリーン
１３１ 排出口

Claims (6)

1. 押出し生地を加熱する溶融部と、この溶融部に連続する徐冷部から成る成形室を備えると共に、前記溶融部に設けた基部から押出し方向に平行に突出し、少なくとも前記成形室の徐冷部に延長する中子体を設けた成形ダイに、加熱、練成した原料をスクリューをもって押出して、押出し生地を所定の肉厚に成形すると共に中空部を形成し、成形ダイへ押出した押出し生地を前記徐冷部において押出し生地の外側及び中空部内側より徐冷し、且つ、前記成形ダイより押し出された成形板を引き取るとことを特徴とする中空樹脂成形板の押出成形方法。
2. 押出速度よりも遅い速度で成形板を引き取ることにより押出し機のスクリューによる押出し生地の押出し速度を調整することを特徴とする請求項１記載の中空樹脂成形板の押出し成形方法。
3. 押出し機による押出し生地の押出し速度を上昇するとき、成形ダイの溶融部における押出し生地の加熱温度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２記載の中空樹脂成形板の押出し成形方法。
4. 原料を加熱、練成し、スクリューをもって押出す押出機の押出ダイに、前記押出ダイより押出された押出し生地を加熱する溶融部と、この溶融部から押し出された押出し生地を徐冷する徐冷部から成る成形室と、前記溶融部に設けた基部から押出し方向に平行に突出して少なくとも前記徐冷部に延長する中子体を設けた成形ダイを連結し、前記成形室の徐冷部内の押出し生地を、押出し生地の外側から冷却する冷却手段を成形ダイに設けると共に、徐冷部において前記中子体内に冷却媒体の流路を形成し、且つ前記成形ダイより押し出された成形板を引き取る引取手段を備えたことを特徴とする中空樹脂成形板の押出し成形装置。
5. 徐冷部において前記中子体内に形成された冷却媒体の流路は、成形ダイの壁面、前記基部、及び溶融部における中子体を貫通する冷却媒体の導入路に連通されてなり、前記導入路の外周を断熱材にて包囲したことを特徴とする請求項４記載の中空樹脂成形板の押出し成形装置。
6. 前記押出ダイと前記成形ダイを、連通孔を備えたフランジを介して連結し、前記フランジの連通孔内の押出し生地を過熱するヒータを前記フランジに設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の中空樹脂成形板の押出し成形装置。

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