JP6688098B2 - 木質様成形品の製造方法および木質様成形品 - Google Patents
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これは、セルロース系微紛粒と樹脂と顔料等とを混合し、この混合材料を押出成形により板状や棒状等の所望形状の木質様成形品に成形するものである。この木質様成形品の原料となるセルロース系微紛粒としては、回収された建築部材の端材や廃材から分別して得られた回収木質部材等が用いられる。
このため、繊維複合材118を用いない場合では、分散状態に偏りが出てしまい、成形性の悪さや、十分な構造強度が得られないなどの不具合が生じるという実情がある。
これに対して、請求項1に記載の発明によれば、木材から得られるセルロース系微粉粒Jと、第1熱可塑性樹脂Kと、繊維複合材118と、を含む混合材料を混錬して溶融し、押出もしくは射出成形してなる木質様成形品の製造方法であって、繊維複合材118は、植物性繊維Mと第1熱可塑性樹脂よりも融点の低い第2熱可塑性樹脂Nとを予め混錬したものであり、繊維複合材118をフレーク状に粉砕し、セルロース系微粉粒Jと、第1熱可塑性樹脂Kと、フレーク状に粉砕した繊維複合材118と、を混錬して溶融して溶融体112とする。
このとき、植物性繊維Mは、繊維複合材118として第2熱可塑性樹脂Nと予め混錬されており、第2熱可塑性樹脂と馴染んでいる状態であり、ここに第1熱可塑性樹脂Kを加えて混錬するため、第2熱可塑性樹脂Nと第1熱可塑性樹脂Kとが溶融しながら混合される過程で植物性繊維Mが第1熱可塑性樹脂Kとも馴染む。このため、溶融体112における植物性繊維Mの分散状態が良好なものとなる。
そして、良好な分散状態の溶融体112を押出成形もしくは射出成形するので、植物性繊維Mにセルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂Kと第2熱可塑性樹脂Nとが均質に絡み合い木質様成形品の強度を向上させることができる。
また、製造される木質様成形品は、植物性繊維Mが配合されることで、植物性繊維Mが熱可塑性樹脂とセルロース系微粉粒Jと絡み合い、鎖状もしくは骨状の骨格構造を形成するため、セルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂Kとのみを混錬して溶融して成形した木質様成形品に比べて強度を高くすることができる。
さらに、繊維複合材118をフレーク状に粉砕してから混錬するので、例えば、繊維複合材118を粉体状に粉砕する場合に比べて、繊維複合材118に含まれる植物性繊維Mの繊維長さ寸法を長く確保することができる。
このため、製造される木質様成形品に含まれる植物性繊維Mにセルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂Kと第2熱可塑性樹脂Nとが絡み合うことによって、木質様成形品の強度をより向上させることができる。
このため、繊維複合材118を用いない場合では、分散状態に偏りが出てしまい、成形性の悪さや、十分な構造強度が得られないなどの不具合が生じるという実情がある。
これに対して、請求項2に記載の発明によれば、不純物を含む木質廃材から得られるセルロース系微粉粒Jと、不純物を含む熱可塑性樹脂廃材から得られる第1熱可塑性樹脂廃材Kと、繊維複合材118と、を含む混合材料を混錬して溶融し、押出もしくは射出成形してなる木質様成形品の製造方法であって、繊維複合材118は、植物性繊維Mと第1熱可塑性樹脂廃材Kよりも融点の低い第2熱可塑性樹脂Nとを予め混錬したものであり、繊維複合材118をフレーク状に粉砕し、セルロース系微粉粒Jと、第1熱可塑性樹脂廃材Kと、フレーク状に粉砕した繊維複合材118と、を混錬して溶融して溶融体112とする。
このとき、植物性繊維Mは、繊維複合材118として第2熱可塑性樹脂Nと予め混錬されており、第2熱可塑性樹脂と馴染んでいる状態であり、ここに第1熱可塑性樹脂Kを加えて混錬するため、第2熱可塑性樹脂Nと第1熱可塑性樹脂Kとが溶融しながら混合される過程で植物性繊維Mが第1熱可塑性樹脂Kとも馴染む。このため、溶融体112における植物性繊維Mの分散状態が良好なものとなる。
そして、良好な分散状態の溶融体112を押出成形もしくは射出成形するので、予め植物性繊維Mと第2熱可塑性樹脂Nとを混錬した繊維複合材118を粉砕したものをセルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂Kと一緒に混錬槽に投入して混錬して溶融できるため、植物性繊維Mの混錬における分散状態に偏りをなくすことができる。このため、植物性繊維Mにセルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂Kと第2熱可塑性樹脂Nとが絡み合い木質様成形品の強度を均質に向上させることができる。
また、製造される木質様成形品は、植物性繊維Mが配合されることで、植物性繊維Mが熱可塑性樹脂とセルロース系微粉粒Jと絡み合い、鎖状もしくは骨状の骨格構造を形成するため、セルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂Kとのみを混錬して溶融して成形した木質様成形品に比べて強度を高くすることができる。
さらに、不純物を含む木質廃材および不純物を含む第1熱可塑性樹脂廃材Kを用いて木質様成形品を製造するので、廃材を有益に再利用することができ、製造コストを削減することもでき、地球環境保護にも貢献することができる。
さらに、繊維複合材118をフレーク状に粉砕してから混錬するので、例えば、繊維複合材118を粉体状に粉砕する場合に比べて、繊維複合材118に含まれる植物性繊維Mの繊維長さ寸法を長く確保することができる。
このため、製造される木質様成形品に含まれる植物性繊維Mにセルロース系微粉粒Jと第1熱可塑性樹脂廃材Kと第2熱可塑性樹脂Nとが絡み合うことによって、木質様成形品の強度をより向上させることができる。
このため、安定的に植物性繊維Mを受給することができ、大量生産が可能なため安価であり、製造コストを削減することもできる。
また、ケナフは、二酸化炭素の吸収率が高く、土中や水中の窒素やリンを吸収する環境浄化能力も高い植物であり、このような植物を栽培して利用することで地球環境保護にも貢献することができる。
また、不純物を含む木質廃材および不純物を含む第1熱可塑性樹脂廃材Kを用いて木質様成形品を製造するので、廃材を有益に再利用することができ、製造コストを削減することもでき、地球環境保護にも貢献することができる。
まず、建物躯体等として使用した建築部材を、建物の建て直し等の際、木質からなる回収木質部材すなわち、木質廃材と、樹脂からなる回収樹脂部材、つまり樹脂廃材とに分別して回収する。もちろん、回収する建築部材は、老朽化した建物の解体廃材のみではなく、新築現場において発生する廃材等も含まれる。なお、この分別作業は、人力による分別作業や、各材質の物性の違いを利用する機械分別等が用いられる。
また、この分別作業が終了した段階では、建築部材の取り外し作業や、分解作業等において、建築部材はかなり分断された塊状となっている。
なお、例えば、木質廃材の一例として例えば、パネル工法において用いられる木質パネルなどがある。木質パネルは縦横の框材を矩形枠状に組み、この矩形枠内に補助桟材を縦横に設けることで構成された枠体と、この枠体の表裏面のうち少なくとも一方の面に取り付けられた合板などの面材とを備えている。
それぞれの廃材に含まれ、それぞれの廃材に対する不純物の重量は、各廃材を構成する各構成部材の重量を予め確認しておくことで割りだせる。
つまり、木質廃材の場合における全体の重量は、木質廃材を構成する各構成部材の総重量であり、木質廃材における不純物の重量は、各構成部材のうち、木質部材を除いた部材の総重量となる。
例えば、不純物を含む木質廃材が壁パネルよりなる壁体である場合、不純物の重量は、不純物を含む木質廃材の全体重量から、木質部分(木質パネル)の重量を除いた石膏ボードや、枠体内に設けられる断熱材、釘などを合計した重量となり、木質廃材全体の重量は、石膏ボード、断熱材といった不純物の総重量に木質パネルの重量を加えたものとなる。
なお、樹脂廃材の前の樹脂製品状態において、その構成部材の割合と重量が予め判っているものは、それを利用して樹脂部分の重量と不純物の重量とを割り出すことができる。
例えば、上向きV型に開いたジョーと振動アゴの間に原料を入れ、加圧することにより原料を粉砕するジョークラッシャや、固定破砕面の中を可動破砕面が旋回し、連続的に破砕するジャイレントリクラッシャ等の他の粗粉砕装置を使用しても良いものである。
また、この磁力選別に残った金属類や石等を比重選別機103bによって選別する(分別工程B)。
ここで、後で混合される木質廃材と樹脂廃材の総重量に対する両者の不純物の合計重量の割合が20wt%以下となるようにする。
すなわち、先に求めた木質廃材における不純物の総重量から渦電流選別機103aおよび比重選別機103bで選別された金属や石などの重量をさらに引いた重量に樹脂廃材における不純物の重量を合計し、その合計重量の割合が全体の20wt%以下に調節する。なお、この時の全体の重量は、渦電流選別機103aおよび比重選別機103bで選別された金属や石などの重量をさらに引いたものとする。
例えば、木質廃材が壁パネルであれば、不純物は石膏および断熱材となり、これら石膏および断熱材と、樹脂廃材に含まれる不純物、例えば、炭酸カルシウム、タルク、顔料、PEやFRP等との合計重量が、壁パネルと樹脂廃材との合計重量の20wt%以下となるように調節する。このとき、木質廃材に樹脂が含まれる場合、その樹脂の重量は両者の不純物の重量から外す。また、樹脂廃材に木粉などの木質部分が含まれる場合は、その重量は、不純物としての重量から外す。
具体的には、いわゆるピンミルであって、円盤に取り付けられたピンによって、衝撃、反発の相互作用を受けて微粉砕を施すことができるものである。さらに具体的には、このピンミルは、垂直方向に多数のピンを有する円盤状の回転ディスクと、この回転ディスクに向かい合う面に多数のピンを有する固定ディスクとを備え、二次粉砕工程Cにより得られた材料を回転ディスクの中心部へ投入すると、遠心力によって回転ディスクと固定ディスクに取り付けられたピンの間隙に入り込み、ピンによる衝撃や反発の相互作用を受けて微粉状に粉砕することができるものである。この三次粉砕工程Dでは、上述したピンミルにより、約500ミクロンメートル程度の大きさの粒に粉砕される。もちろん、粉砕装置106は、上述したピンミルに限定されるものではなく、同様の機能を有する他の細粉砕装置、例えば、ボールミルや石臼等でも良いものである。
上述したような粉砕工程A,C,Dにおいて、回収した木質廃材101を三段階に分けて、粉砕が段階的に効率的に行われる。
そして、平均粒径300ミクロンメートルの木質廃材粉砕粉Jと、数ミクロンメートルの無機顔料とをロードセル式の自動計量器によって適宜量計量し、予めオイル温調装置により加熱された混合ミキサ108の中に投入して、自己発熱(摩擦熱)により発熱させて175℃で攪拌する。
この際に、混合ミキサ108に無機顔料投入部109から無機顔料を投入することにより、木質廃材粉砕粉Jのうちの木粉(木質部分)のまわりに無機顔料がまぶされる。
なお、ポリプロピレン系樹脂Nとしては、非酸変性ポリプロピレン樹脂および酸変性ポリプロピレン樹脂等が用いられている。
本実施形態では、自動車内装品に用いられるケナフボード118(トヨタ紡績株式会社製)を繊維複合材として用いる。
ケナフボード118は、ポリプロピレン系樹脂Nを溶融紡糸して、ケナフ繊維Mと混繊し、混繊した繊維混合物を加熱してポリプロピレン系樹脂Nを溶融させると同時に、所望の形状に圧縮成形することにより得られる。
ケナフボード118は、ハンマーミル等の粉砕装置119を用いて粗粉砕してフレーク状の植物性繊維フレークLを得る。これが所定の口径のふるいにかけられて直径が5mmから20mmまでの範囲で任意に分級される。このように分級することで、ケナフ繊維Mをある一定程度まとまりのある繊維長に分布させられる。
そして、得られた樹脂廃材粉砕粉Kを、木質廃材粉砕粉Jと植物性繊維フレークLと無機顔料とが混合されている混合ミキサ108内に投入し、さらに185℃で攪拌する。攪拌は、高速回転後、低速状態で練りこむことによって溶融体として混合材料112を得る。
ここで、混錬する際に生じる現象について説明する。初めに、撹拌を開始した段階で、まず植物性繊維フレークLのポリプロピレン系樹脂Nが溶融し始める。つまり、樹脂廃材粉砕粉Kよりもポリプロピレン系樹脂の方が融点が低くい。このため、先に溶融するポリプロピレン系樹脂Nがケナフ繊維Mとともに樹脂廃材粉砕粉Kおよび木質廃材粉砕粉Jと混合していく、そして徐々に樹脂廃材粉砕粉Kも溶融していくため、ポリプロピレン系樹脂Nに誘導されるように分散していくケナフ繊維Mが溶融した樹脂廃材にも誘導されるように全体的に分散するようになる。このため、ケナフ繊維Mが均質に分散した混合材料112が得られることとなる。
クーラーミキサ113では、所望の粒径の造粒物よりも粒径の大きい造粒物が得られるまで撹拌冷却を行う。
次に、得られた造粒物は、クーラー粉砕機114へと移送され、さらに冷却されながら粉砕される。これにより、造粒物の粒径を小さくして、所望の粒径の造粒物を得る(混練工程E)。
また、混錬工程Eにおいて、結合強化剤などを添加してもよい。結合強化剤としては、例えば、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。
押出成形機30は、例えば、ベンド式押出成形機を用いる。この押出成形機30は、図3に示すように、中空角柱状のシリンダ31とこの内部に設けられたスクリュー32と、中空角柱状のシリンダ31の後端部に設けられ、混合材料が供給されるホッパ33と、シリンダ31の先端に設けられて混合材料112に所望する形状を付与するダイ34とを備えている。
図3に示すように、ホッパ33に供給された混合材料112は、シリンダ31内に投入され、ここで加熱溶融されつつスクリュー32によって前方に押し出され、さらにダイ34から押し出され、所望する形状、ここでは中空角柱状に成形された押出成形品115が製造されるようになっている。
つまり、ダイ34は、パイプおよびチューブ用ダイであり、成形すべき押出成形品、すなわち中空角柱状本体部2を成形するために、中空角柱状本体部2の内径を成形する中子を有する成形部を備え、混合材料112を成形部に充填して押し出して所望形状、ここでは長尺の中空角柱状の押出成形品115に成形する。
なお、成形温度は180〜220℃に設定し、この成形温度で成形する。ここで、成形温度を180〜220℃に設定したのは、180℃未満では樹脂の軟化が不十分で木質廃材粉砕粉Jとケナフ繊維Mと均等に混練し難く、また220℃以上では木質廃材粉砕粉Jが熱で炭化等の変化を起こすためである。
サイザー部40は、成形すべき押出成形品、すなわち中空角柱状本体部2の外径と略同径の内径を有する開口部41を備え、該開口部41に押出成形品115が挿通されることで、押出成形品115の断面の形状および寸法を整える。つまり、押出成形品115は冷却されながら所望の寸法および形状の中空角柱状のものとなる。
なお、この押出成形品115は中空角柱状本体部2となるものであり、実質同じものである。つまり後述するが押出成形品115を所定の長さで切断することで中空角柱状本体部2となるものである。ここではサイザー部40は水槽内に設けられているが、これに限らず、ダイ34の排出口に所定間隔を空けて設けたりダイ34と水槽35の間、例えば水槽35の入り口に設けたりする等して、ダイ34から押し出される押出成形品115を外気により一旦冷却してサイザー部40を挿通させ、その後で水槽などで冷却する構成としてもよい。
また、木質廃材や樹脂廃材を利用することによって、資源の有効利用や環境保護の観点からも優れる。
中空角柱状本体部2の表面、即ち外周面は、サンディング処理によって粗くなっているので、表面に毛羽立ち感をあらわすことができ、より一層天然の木材に近い質感を有するものとなり、外観品質の向上を図ることができる。
このため、ケナフボード118を用いない場合は、分散状態に偏りが出てしまい、成形性の悪さや、十分な構造強度が得られないなどの不具合が生じるという実情がある。
これに対し、本実施形態では、例えば、図2に示すように、不純物を含む木質廃材から得られる木質廃材粉砕粉Jと、不純物を含む熱可塑性樹脂廃材から得られる樹脂廃材粉砕粉Kと、植物性繊維フレークLと、を含む混合材料を混錬して溶融し、押出もしくは射出成形してなる木質様成形品の製造方法であって、ケナフボード118は、ケナフ繊維Mとポリプロピレン系樹脂Nとを予め混錬したものであり、ケナフボード118を粉砕し、木質廃材粉砕粉Jと、樹脂廃材粉砕粉Kと、ケナフボード118を粉砕した植物性繊維フレークLと、を混錬して溶融して混合材料112とし、混合材料112を押出成形もしくは射出成形するものとした。
こうすることで、ケナフ繊維Mは、ケナフボード118としてポリプロピレン系樹脂Nと予め混錬されており、ポリプロピレン系樹脂Nと馴染んでいる状態であり、ここに樹脂廃材粉砕粉Kを加えて混錬するため、ポリプロピレン系樹脂Nと樹脂廃材粉砕粉Kとが溶融しながら混合される過程でケナフ繊維Mが樹脂廃材粉砕粉Kとも馴染む。このため、溶融体112におけるケナフ繊維Mの分散状態が良好なものとなる。
そして、良好な分散状態の溶融体112を押出成形もしくは射出成形するので、予めケナフ繊維Mとポリプロピレン系樹脂Nとを混錬したケナフボード118を粉砕したものを木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kと一緒に混錬槽に投入して混錬して溶融できるため、ケナフ繊維Mの混錬における分散状態に偏りをなくすことができる。このため、ケナフ繊維Mに木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kとポリプロピレン系樹脂Nとが絡み合い木質様成形品1の強度を均質に向上させることができる。
また、製造される木質様成形品1は、ケナフ繊維Mが配合されることで、ケナフ繊維Mが熱可塑性樹脂と木質廃材粉砕粉Jと絡み合い、鎖状もしくは骨状の骨格構造を形成するため、木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kとのみを混錬して溶融して成形した木質様成形品1に比べて強度を高くすることができる。
さらに、不純物を含む木質廃材および不純物を含む樹脂廃材粉砕粉Kを用いて木質様成形品1を製造するので、廃材を有益に再利用することができ、製造コストを削減することもでき、地球環境保護にも貢献することができる。
こうすることで、例えば、植物性繊維フレークLを粉体状に粉砕する場合に比べて、植物性繊維フレークLに含まれるケナフ繊維Mの繊維長さ寸法を長く確保することができる。
このため、製造される木質様成形品に含まれるケナフ繊維Mに木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kとポリプロピレン系樹脂Nとが絡み合うことによって、木質様成形品の強度をより向上させることができる。
こうすることで、植物性繊維フレークLの直径が5mm以下の場合のように繊維長さ寸法が短く十分な強度の向上が図れないようなおそれがなく、植物性繊維フレークLの直径が20mm以上の場合のように繊維長さ寸法が長すぎて成形段階において木質様成形品の成形性に悪影響を及ぼすようなおそれがない。
すなわち、植物性繊維フレークLの直径が5mmから20mmまでの範囲に収まるように粉砕するので、十分な強度と良好な成形性を有する木質様成形品を製造することができる。
このため、安定的にケナフ繊維Mを受給することができ、大量生産が可能なため安価であり、製造コストを削減することもできる。
また、ケナフは、二酸化炭素の吸収率が高く、土中や水中の窒素やリンを吸収する環境浄化能力も高い植物であり、このような植物を栽培して利用することで地球環境保護にも貢献することができる。
こうすることで、ケナフ繊維Mが配合されるため、木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kとのみを混錬して溶融して成形した木質様成形品に比べて強度を高くすることができる。
こうすることで、ケナフ繊維Mが配合されるため、木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kとのみを混錬して溶融して成形した木質様成形品に比べて強度を高くすることができる。
また、不純物を含む木質廃材および不純物を含む樹脂廃材粉砕粉Kを用いて木質様成形品を製造するので、廃材を有益に再利用することができ、製造コストを削減することもでき、地球環境保護にも貢献することができる。
本実施形態では、木質様成形品の製造方法として、全ての原材料を溶融、混錬して単一の造粒物を製造し、これを押出成形する、いわゆる単層成形としたがこれに限らない。
例えば、木質様成形品の基体となる原材料を溶融、混錬して第1造粒物を製造し、これとは独立して、木質様成形品の表層部となる原材料を溶融、混錬して第2造粒物を製造するものとしてもよい。そして、第1造粒物を用いて基体を成形し、この基体の表面に第2造粒物を用いて表層を成形する。これにより、木質様成形品は、内部に基体、外部に表層を備える二層構造となる。
こうすることで、木質様成形品全てに添加剤を含有させる単層成形による製造よりも、表層にのみ添加剤を含有させる二層成形による製造の方が添加剤の必要使用料を低減することができる。
また、木質様成形品1の原材料において、これらの添加剤は、比較的高価なものであり、高価な添加剤の必要使用量を低減できるため、木質様成形品1の製造コストを飛躍的に安価なものにすることができる。
例えば、表層の木質廃材粉砕粉Jの含有率を減らし、樹脂廃材粉砕粉Kの含有率を高めることで、木質様成形品の表面の吸水性を低減することなどが挙げられる。なお、この場合、表面に樹脂材が多く存在することとなるため、帯電しやすくなるので、第2造粒物に静電防止剤を添加するのが好ましい。
こうすることで、木粉の原料となるセルロースの末端の水酸基がアセチル基に変換され、すなわち親水基から疎水基に変えられて、水の吸着を阻害することができる。
このため、吸水率の低い木質様成形品1を製造することができる。その結果、吸水または吸湿によって長期に渡る寸法変化や、吸水条件の偏りによる変形・割れ等を防止することができる。
また、木質廃材粉砕粉Jのアセチル化処理によって、水の吸着を阻害できるので、木粉と樹脂の馴染みが良くなり、強度面においても向上を図ることができる。
こうすることで、木質粉砕粉と、ケナフ繊維Mと、樹脂粉砕粉と、ポリプロピレン系樹脂Nとを混錬槽に一度に投入して混錬して溶融するような植物性繊維フレークLを用いない場合に比べて、予めケナフ繊維Mとポリプロピレン系樹脂Nとを混錬した植物性繊維フレークLを粉砕したものを木質粉砕粉と樹脂粉砕粉と一緒に混錬槽に投入して混錬して溶融するため、ケナフ繊維Mの混錬における分散状態に偏りをなくすことができる。このため、ケナフ繊維Mに木質粉砕粉と樹脂粉砕粉とポリプロピレン系樹脂Nとが均質に絡み合い木質様成形品1の強度を向上させることができる。
また、製造される木質様成形品1は、ケナフ繊維Mが配合されるため、木質粉砕粉と樹脂粉砕粉とのみを混錬して溶融して成形した木質様成形品1に比べて強度を高くすることができる。
実施例1では、植物性繊維フレークLとして、非酸変性熱可塑性樹脂と、ケナフ繊維とを混繊して成形したケナフボード118(トヨタ紡績株式会社製)を用いた(特開2009−234129号公報参照)。
非酸変性熱可塑性樹脂としては、非酸変性ポリプロピレン樹脂(商品名「ノバテックSA01」、日本ポリプロ株式会社製)を用いた。
配合組成は、植物性繊維フレークL39wt%、木質廃材粉砕粉J29wt%、樹脂廃材粉19wt%である。
この配合組成において二層成形により得られた木質様成形品1(強度試験に用いた試験片の断面寸法が145×30mm)について、曲げ強度およびヤング率を測定した。
実施例2では、植物性繊維フレークLとして、酸変性熱可塑性樹脂と、ケナフ繊維とを混繊して成形したケナフボード118(トヨタ紡績株式会社製)を用いた。
酸変性熱可塑性樹脂としては、酸変性ポリプロピレン樹脂(重量平均分子量40,000、60℃溶融粘度16,000、酸化26、三洋化成工業株式会社製)を用いた。
配合組成は、植物性繊維フレークL38wt%、木質廃材粉砕粉J29wt%、樹脂廃材粉砕19wt%である。
この配合組成において二層成形により得られた木質様成形品1(強度試験に用いた試験片の断面寸法が145×30mm)について、曲げ強度およびヤング率を測定した。
比較例1では、木質廃材粉砕粉Jと、樹脂廃材粉砕粉Kと、のみを用いて成形品を製造した。
配合組成は、木質廃材粉砕粉50wt%、樹脂廃材粉砕粉K41wt%である。
この配合組成において単層成形により得られた成形品(強度試験に用いた試験片の断面寸法が60×30mm)について、曲げ強度およびヤング率を測定した。
比較例2では、植物性繊維フレークLを用いずにケナフ繊維Mと、木質廃材粉砕粉Jと、樹脂廃材粉砕粉Kと、を用いて成形品を製造した。
配合組成は、ケナフ繊維4wt%、木質廃材粉砕粉J36wt%、樹脂廃材粉砕34wt%である。
この配合組成において単層成形により得られた成形品(強度試験に用いた試験片の断面寸法が60×30mm)について、曲げ強度およびヤング率を測定した。
比較例3では、植物性繊維フレークLを用いずにケナフ繊維Mと、木質廃材粉砕粉Jと、樹脂廃材粉砕粉Kと、を用いて成形品を製造した。
配合組成は、ケナフ繊維42wt%、樹脂廃材粉砕44wt%である。
この配合組成において単層成形により得られた成形品(強度試験に用いた試験片の断面寸法が60×30mm)について、曲げ強度およびヤング率を測定した。
比較例4では、木質廃材粉砕粉Jと、樹脂廃材粉砕粉Kと、のみを用いて成形品を製造した。
配合組成は、木質廃材粉砕粉50wt%、樹脂廃材粉砕粉K41wt%である。
この配合組成において二層成形により得られた成形品(強度試験に用いた試験片の断面寸法が145×30mm)について、曲げ強度およびヤング率を測定した。
また、比較例2と比較例3とを比較考量すると、ケナフ繊維Mの含有量が4wt%の場合に比べて42wt%の場合の方がやや強度が向上していることが確認できた。
さらに、実施例1,2と比較例2,3とを比較考量すると、ケナフ繊維Mのまま木質廃材粉砕粉Jと樹脂廃材粉砕粉Kとに混ぜ合わせる場合に比べて、植物性繊維フレークLとしてケナフ繊維Mを用いた場合の方が飛躍的に強度向上していることが確認できた。
また、実施例1と実施例2とを比較考量すると、樹脂廃材粉砕粉Kとして用いたポリプロピレンが酸変性されているか否かによる強度物性への影響がほとんどないことが確認できた。
また、実施例1,2と比較例4とを比較考量すると、成形手法がともに二層成形であり、植物性繊維フレークLを含有しているか否かの違いにより、強度物性(特に曲げ強度)に大きな違いが見られる。
さらに、比較例1と比較例4とを比較考量すると、ともにケナフ繊維Mが含有されておらず、二層成形か単層成形かという成形手法の違いのみでは、強度物性(特に曲げ強度)にほとんど影響がないことが確認できた。
以上より、ケナフ繊維Mを含有する成形品は含有しない成形品よりも強度物性が高く、特に含有されるケナフ繊維Mが植物性繊維フレークLを粉砕したものである場合は、強度物性が飛躍的に向上することが確認できた。
なお、試験片の断面寸法(145mmまたは60mm)の違いについては、算出の際、断面係数について補正計算を行っているため、考慮しないものとした。
実施例3では、植物性繊維フレークLとして、酸変性熱可塑性樹脂と、ケナフ繊維Mとを混繊して成形したケナフボード118(トヨタ紡績株式会社製)を用いた。
酸変性熱可塑性樹脂としては、酸変性ポリプロピレン樹脂(重量平均分子量40,000、60℃溶融粘度16,000、酸化26、三洋化成工業株式会社製)を用いた。
ケナフ繊維Mの含有量を10wt%(10部),19wt%(20部),29wt%(30部),38wt%(40部)にした4つのサンプルを作製した。
この条件により得られた木質様成形品1について、曲げ強度、ヤング率およびシャルピー値を測定した。
この結果を図4,5に示した。
図4より、曲げ強度については、ケナフ繊維Mの含有率が高くなるほどに向上することが確認できた。また、ヤング率については、ケナフ繊維Mの含有率が29wt%(30部)以下の範囲では含有率が高くなるにつれて向上し、29wt%(30部)以上の範囲では有意な向上が見られなかった。
図5より、シャルピー値については、ケナフ繊維Mが29wt%(30部)の場合に極大となることが確認できた。
実施例4では、植物性繊維フレークLとして、酸変性熱可塑性樹脂と、ケナフ繊維Mとを混繊して成形したケナフボード118(トヨタ紡績株式会社製)を用いた。
酸変性熱可塑性樹脂としては、酸変性ポリプロピレン樹脂(重量平均分子量40,000、60℃溶融粘度16,000、酸化26、三洋化成工業株式会社製)を用いた。
植物性繊維フレークLの粒径を10,15,20mmにした3つのサンプルを作製した。
この条件により得られた木質様成形品1について、曲げ強度、ヤング率およびシャルピー値を測定した。
この結果を図6,7に示した。
図6より、曲げ強度については、植物性繊維フレークLの粒径に差異があっても有意な傾向は見られないことが確認できた。また、ヤング率については、植物性繊維フレークLの粒径が15mmの場合に極大をとなることが確認できた。
図7より、シャルピー値については、植物性繊維フレークLの粒径が大きくなればなるほどにシャルピー値が向上することが確認できた。
2 中空角柱状本体部
30 押出成形機
31 シリンダ
32 スクリュー
33 ホッパ
34 ダイ
35 水槽
40 サイザー部
41 開口部
101 木質廃材
102 粉砕装置
103a 渦電流選別機
103b 比重選別機
104 粉砕装置
106 粉砕装置
108 混合ミキサ
109 無機顔料投入部
110 樹脂廃材
112 混合材料(溶融体)
113 クーラーミキサ
114 クーラー粉砕機
115 押出成形品
116 粉砕装置
117 切断装置
118 ケナフボード(繊維複合材)
119 粉砕装置
A 一次粉砕工程
B 分別工程
C 二次粉砕工程
D 三次粉砕工程
E 混練工程
F 成形工程
G 表面処理工程
H 切断工程
J 木質廃材粉砕粉(セルロース系微粉粒)
K 樹脂廃材粉砕粉(第1熱可塑性樹脂、第1熱可塑性樹脂廃材)
L 植物性繊維フレーク
M ケナフ繊維(植物性繊維)
N ポリプロピレン系樹脂(第2熱可塑性樹脂)
Claims (7)
- 木材から得られるセルロース系微粉粒と、第1熱可塑性樹脂と、繊維複合材と、を含む混合材料を混錬して溶融し、押出もしくは射出成形してなる木質様成形品の製造方法であって、
前記繊維複合材は、植物性繊維と前記第1熱可塑性樹脂よりも融点の低い第2熱可塑性樹脂とを予め混錬したものであり、
前記繊維複合材をフレーク状に粉砕し、
前記セルロース系微粉粒と、前記第1熱可塑性樹脂と、フレーク状に粉砕した前記繊維複合材と、を混錬して溶融して溶融体とし、
前記溶融体を押出成形もしくは射出成形することを特徴とする木質様成形品の製造方法。 - 不純物を含む木質廃材から得られるセルロース系微粉粒と、不純物を含む熱可塑性樹脂廃材から得られる第1熱可塑性樹脂廃材と、繊維複合材と、を含む混合材料を混錬して溶融し、押出もしくは射出成形してなる木質様成形品の製造方法であって、
前記繊維複合材は、植物性繊維と前記第1熱可塑性樹脂廃材よりも融点の低い第2熱可塑性樹脂とを予め混錬したものであり、
前記繊維複合材をフレーク状に粉砕し、
前記セルロース系微粉粒と、前記第1熱可塑性樹脂廃材と、フレーク状に粉砕した前記繊維複合材と、を混錬して溶融して溶融体とし、
前記溶融体を押出成形もしくは射出成形することを特徴とする木質様成形品の製造方法。 - 請求項1または2に記載の木質様成形品の製造方法において、
前記繊維複合材は、自動車内装品に用いられるケナフボードであることを特徴とする木質様成形品の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の木質様成形品の製造方法において、
前記繊維複合材の直径を5mmから20mmまでの大きさに粉砕することを特徴とする木質様成形品の製造方法。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の木質様成形品の製造方法において、
前記植物性繊維としてケナフ繊維を用いることを特徴とする木質様成形品の製造方法。 - 木材から得られるセルロース系微粉粒と、第1熱可塑性樹脂と、植物性繊維と前記第1熱可塑性樹脂よりも融点の低い第2熱可塑性樹脂とを含む繊維複合材とからなることを特徴とする木質様成形品。
- 不純物を含む木質廃材から得られるセルロース系微粉粒と、不純物を含む熱可塑性樹脂廃材から得られる第1熱可塑性樹脂廃材と、植物性繊維と前記第1熱可塑性樹脂廃材よりも融点の低い第2熱可塑性樹脂とを含む繊維複合材とからなることを特徴とする木質様成形品。
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