天然繊維成形品の抄造素材およびその製造方法
【課題】天然繊維材料の含有比率が高いことにより軽量で安価で自然環境に優しく且つ高い機械的強度が得られる天然繊維成形品の抄造素材を提供する。
【解決手段】繊維周囲にバインダー樹脂粉末６を付着させた天然繊維２，４を分散した分散水から抄網で抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して得られる天然繊維成形品用の抄造素材１であって、天然繊維２，４は前記成形品において５０重量％を超える含有量を占めると共に、バインダー樹脂粉末６は後工程の加熱圧縮成形時に、互いに絡み合った天然繊維２，４を各接合点において結合させるものである。
【解決手段】繊維周囲にバインダー樹脂粉末６を付着させた天然繊維２，４を分散した分散水から抄網で抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して得られる天然繊維成形品用の抄造素材１であって、天然繊維２，４は前記成形品において５０重量％を超える含有量を占めると共に、バインダー樹脂粉末６は後工程の加熱圧縮成形時に、互いに絡み合った天然繊維２，４を各接合点において結合させるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然繊維成形品の抄造素材およびその製造方法に係り、特に、過半数重量％の含有量を占める天然繊維から構成される成形品用の抄造素材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維等の繊維材料を強化材として母材であるプラスチックに含有させた繊維強化プラスチックまたはＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）が知られている。このようなＦＲＰは、加熱により流動性をもたせた熱可塑性プラスチック中に比較的短い繊維長（例えば３〜１２ｍｍ）の繊維材料を混練した後に、射出成形や押出成形等の方法によって所望の形状に成形品に仕上げられることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１には、熱可塑性樹脂に天然繊維を強化剤として添加し、さらに相溶化剤を加えて押出し、引き抜き、圧縮等などにより所定の形状に成形することにより、車両ボディに用いられる木材の代替材とする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３５７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される技術では、強化材である天然繊維に比べて母材および相溶化剤であるポリプロピレン、ポリエチレン等や石油由来の樹脂の構成比率が圧倒的に多いため、石油資源の高騰や枯渇が懸念される昨今においてはコスト面や環境面において好ましくない。特に、このような成形品が廃棄物となったときに、石油由来の樹脂は自然界において生分解されないため、環境面における問題が大きい。
【０００６】
また、射出成形時や押出成形時の樹脂の流動性を阻害しないよう比較的短い繊維長の天然繊維用いる必要があるが、天然繊維に限らず比較的短繊維の繊維材料を強化材として含有するＦＲＰにおいては繊維材料の配向が成形時の樹脂の流動方向に揃ったものになり易く、これにより最終製品である成形品の機械的強度が方向によって異なってくる場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、天然繊維材料の含有比率が高いことで安価で自然環境に優しく、且つ、天然繊維が互いに絡み合った状態で結合されることでどの方向についても高い機械的強度が得られる天然繊維成形品の抄造素材とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材は、繊維周囲にバインダー樹脂粉末を付着させた天然繊維が分散される分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して得られる天然繊維成形品用の抄造素材であって、前記天然繊維は前記成形品において５０重量％を超える含有量を占めると共に、前記バインダー樹脂粉末は後工程の加熱圧縮成形時に前記絡み合った天然繊維を各接合点において互いに結合させることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材において、前記成形品における前記天然繊維の含有量は７０重量％以上で１００重量％未満であり、前記成形品における前記バインダー樹脂粉末の含有量は３０重量％以下で０重量％よりも多いことが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材において、前記成形品における前記天然繊維の含有量は８０重量％以上で９５重量％以下であり、前記成形品における前記バインダー樹脂粉末の含有量は２０重量％以下で５重量％以上であることがより好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材において、前記天然繊維は、大部分を占める比較的長繊維の第１の天然繊維と、残りの比較的短繊維の第２の天然繊維とからなってもよい。この場合、前記第１の天然繊維はケナフ、バガス、稲わら、および麦わらの少なくとも１つから得られるセルロース繊維であり、前記第２の天然繊維は木材パルプであってもよい。
【００１２】
さらに、本発明に係る天然繊維成形品用抄造素材の製造方法は、天然繊維成形品において５０重量％を超える含有量を占める天然繊維を、後工程の加熱圧縮成形時に前記天然繊維の絡み合った各接合点を結合するバインダー樹脂粉末を付着させた状態で分散した分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して前記抄造素材を得るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材およびその製造方法によれば、成形品における天然繊維が５０重量％を超える含有量を占めることで、石油由来の樹脂の使用量を抑制することができ、軽量、安価で自然環境にも優しい天然繊維成形品を提供できる。
【００１４】
また、抄網上に抄き取られる抄造物は天然繊維が三次元的に互いに絡み合った状態に抄造され、かつ、繊維周囲に付着したバインダー樹脂粉末によって後工程の加熱圧縮成形時に天然繊維の絡み合った各接合点が結合されるため、この抄造素材から製造された天然繊維成形品はどの方向の曲げや引っ張りに対しても高い機械的強度を有することができる。
【００１５】
さらに、上記のように天然繊維を多く含む成形品は、天然繊維が外観上に見て取れる表面性状を有することで、看者に対して自然環境に優しい製品であることをアピールできる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】抄造装置の全体概略構成図である。
【図２Ａ】分散ノズルの斜視図である。
【図２Ｂ】分散ノズルの底面を示す平面図である。
【図３Ａ】貯水槽の底面を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す貯水槽の底面上に移動可能に載置される開閉弁を示す平面図である。
【図４】抄造方法の各工程を順番に示す工程図である。
【図５】貯水槽底面から上部抄造槽へ落下した分散水の動きを示す図である。
【図６】抄き取った抄造物を抄網と共に複数段積み上げてプレス脱水する様子を示す図である。
【図７】抄造物または抄造素材の一部側面図とその部分拡大図である。
【図８】天然繊維成形品の外観に天然繊維が現れている表面性状を示す図である。
【図９】立体的形状の抄造物および抄造素材を得るための抄網および抄網ホルダを示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る天然繊維成形品の抄造素材を製造するための抄造装置１０を示す概略構成図である。抄造装置１０は、計量された原材料である第１および第２の天然繊維２，４（図７参照）などを所定量の水にモータ駆動攪拌機１２で攪拌しながら分散させる分散水１４とする分散槽１６と、非イオン界面活性剤などの添加剤１８を収容しモータ駆動攪拌機２０を備えた添加剤槽２２と、開閉弁２４，２６を開くことによって分散槽１６および添加剤槽２２からそれぞれ供給される分散水１４および添加剤１８を収容してモータ駆動攪拌機２８で攪拌して混合する混合槽３０と、混合槽３０内で分散水１４に添加剤１８が加えられて生成した分散水３２が混合槽３０から放出され一時貯留する貯水槽３４と、貯水槽３４の下方に落下した分散水３２を収受して一時貯留する上部抄造槽３６および下部抄造槽３８と、上部抄造槽３６と下部抄造槽３８の間に設けられた抄網４０と、抄網４０を載置支持する抄網ホルダ４２と、下部抄造槽３８の底部に設けられて下部抄造槽３８内に満たされている水４４を抜き取る止水弁４６とから、主に構成されている。上記貯水槽３４、上部抄造槽３６、および下部抄造槽３８の上側部分は例えば縦横約９５０ｍｍ寸法の平面視角筒状に形成されている。ただし、各槽は角筒の平面形状や上記寸法に限るものでない。
【００１９】
上記混合槽３０の下部には、止水弁４８によって開閉される連通管５０を介して分散ノズル５２が接続されている。止水弁４８は例えばモータにより開閉駆動される。図２Ａの斜視図に示すように、分散ノズル５２は、例えば縦が約１５０ｍｍで横が約４００ｍｍの大きさであって側面視略半円形状をなす箱体からなっている。そして、分散ノズル５２の底面５４には、図２Ｂの底面図に示すように、多数の噴水孔５６が形成されている。噴水孔５６は例えば長径が約４０ｍｍで短径が約２０ｍｍの長円形状の貫通孔として形成され、混合槽３０内の分散水３２が貯水槽３４の底面５８全体に向けて均一に放水されるよう底面５４に、例えば千鳥状またはマトリックス状に適宜配置されている。
【００２０】
上記貯水槽３４の底面５８には、図３Ａの上面視図に示すように、多数の抜水孔６０が形成されている。一方、貯水槽３４の底面５８には、矩形板状の開閉弁６２が摺動可能に載置されている。開閉弁６２には、図３Ｂの上面視図に示すように、上記貯水槽３４の底面５８の抜水孔６０と同等形状であって対応位置に多数の連通孔６４が形成されている。これらの抜水孔６０および連通孔６４は短径が約５ｍｍで長径が約２０ｍｍの長穴に形成されていて、開閉弁６２は連通孔６４の短径方向に移動可能とされている。
【００２１】
そして、上記開閉弁６２の両側面には、ガイドロッド６６と、エアシリンダなどのアクチュエータ６８の駆動軸と連結された駆動ロッド７０とが突設されている。これらのガイドロッド６６と駆動ロッド７０は貯水槽３４の両側壁面をそれぞれ貫通して設けられ、各水封軸受７２で水洩れが防止された状態で軸方向に移動可能に支持されている。
【００２２】
上記上部抄造槽３６は上面開口と下面開口とを有する角筒状に形成されていて、分散水３２を混合槽３０から収受したときに槽内の抄網４０の上方に空間部７４を形成し得る大きさのものが使用される。
【００２３】
上記抄網４０は、例えばステンレス鋼で構成された約６０メッシュの網体である。抄網４０を載置支持する抄網ホルダ４２は、いわゆるパンチングメタルや合成樹脂板などで構成されていて、多数の通水孔７６が全面にわたって穿設されている。
【００２４】
なお、抄造装置１０において、上下方向に離間可能に組み立てられる貯水槽３４の底面５８の周縁部と上部抄造槽３６の上面開口周縁部とは図示しないシール部材によって水封されている。また、上下方向に離間可能に組み立てられる上部抄造槽３６の下面開口周縁部、抄網４０の周縁部、抄網ホルダ４２の周縁部、および下部抄造槽３８の上面開口周縁部は、図示しないシール部材により水封されている。
【００２５】
下部抄造槽３８の底部は、止水弁４６が設けられる連結管７８を介して貯水タンク８０に接続されている。下部抄造槽３８から排水されて貯水タンク８０に貯められた水は、ポンプ８２の駆動により戻り配管８４から分散槽１６へ送水されて再利用される。また、水が不要の場合は排水管８６から系外へ排出されるようになっている。
【００２６】
続いて、上記構成からなる抄造装置１０を用いた天然繊維成形品用抄造素材１（図７参照）の製造工程について図４を参照して説明する。この実施形態では、比較的長い繊維長の第１の天然繊維としてケナフから生成されたセルロース繊維およびその集束物（以下、単に「ケナフ」という）を用い、比較的短い繊維長である第２の天然繊維として木材チップを薬品処理して得られるセルロースパルプ（以下、「木材パルプ」という）を用い、バインダー樹脂粉末として熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末を用いた例を挙げる。ここで用いる原材料の処方を最終成形品における重量％で以下に示す。
（１）ケナフ： ７０〜８０重量％
（２）木材パルプ： １０〜１５重量％
（３）フェノール樹脂粉末： ５〜２０重量％
【００２７】
ここで、比較的長い繊維長の第1の天然繊維は、ケナフ以外に、例えば、サトウキビを搾ったあとの廃材であるバガス、稲わら、麦わら、竹、雑草等から得られるセルロース繊維を用いてもよい。また、比較的短い繊維長の第２の天然繊維は、木材パルプに限定されるものではなく、第１の天然繊維を短く切った同種の天然繊維を用いてもよいし、他のいかなる天然繊維であってもよい。
【００２８】
また、上記においてはバインダー樹脂として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を例示するが、フェノール樹脂以外に、例えばフラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。さらに、熱可塑性樹脂がバインダー樹脂として用いられてもよく、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂などが挙げられる。さらにまた、バインダー樹脂として、熱硬化性又は熱可塑性を有する生分解性樹脂（例えば、乳酸、ポリ乳酸等）を用いれば、最終製品である天然繊維成形品が自然界で完全に分解して消滅することが可能になり、環境に対して極めて優しいものになる。
【００２９】
抄造工程を開始するに際し、抄造装置１０では、止水弁４６を閉じた状態で下部抄造槽３８の底部から抄網ホルダ４２ないし抄網４０までの間には空気層を形成しないように、予め水４４が満たされている。これにより、分散水３２から分離した水を抄網ホルダ４２の通水孔７６を円滑に通過させられるため、抄網４０上に貯留される分散水３２の状態を乱すことがない。この場合に抄網ホルダ４２の下方を満水にさせていないと、分散水３２から分離した水が通水孔７６を流下する際に下部抄造槽３８内にある空気が抄網ホルダ４２の通水孔７６および抄網４０を遡上して上部抄造槽３６内で静置されている分散水３２をかき混ぜることとなり、仕上がった抄造素材に空気が通った跡の空洞部を生じたり、ケナフ２および木材パルプ４（図７参照）がその空洞部の向きに揃ったりするので好ましくない。
【００３０】
抄造工程の最初の工程として、開閉弁２４を閉じた状態で分散槽１６へ所定量の水を計量して投入し、そこに原材料であるケナフ２、木材パルプ４およびフェノール樹脂粉末６（図７参照）を水の投入量（１００重量％）に対し上記原材料（１）〜（３）の合計重量が約５重量％となるように上記処方に応じてそれぞれ計量して分散槽１６へ投入し、モータ駆動攪拌機１２で攪拌することにより上記各原材料が均一に分散された分散水１４を生成する（工程Ｓ１０）。また、開閉弁２６を閉じた状態で添加剤槽２２には、上記原材料の合計重量に対し０．０８重量％の非イオン界面活性剤（添加剤）１８、例えば住友精化社製の商品名「ＰＥＯ−ＰＦ」でポリエチレンオキサイドを主成分とするものを投入してモータ駆動攪拌機２０で攪拌しておく（工程Ｓ１０）。
【００３１】
そして、上記分散水１４の生成および非イオン界面活性剤１８の準備が整ったら、各開閉弁２４，２６を開放して分散槽１６および添加剤槽２２から混合槽３０へ分散水１４および非イオン界面活性剤１８を投入して混合する（工程Ｓ１２）。このとき、モータ駆動攪拌機２８をしばらく作動させることにより、混合槽３０において原材料を含む分散水１４と非イオン界面活性剤１８とが均一に混合されて分散水３２が生成される。
【００３２】
上記混合槽３０内の分散水３２中において、低濃度（０．０８重量％）の非イオン界面活性剤は高分子凝集剤として機能する。この非イオン界面活性剤の機能により、フェノール樹脂粉末６が繊維表面に付着した状態でケナフ２および木材パルプ４が互いに絡み合って約１０〜１５ｍｍ径程度の柔らかい纏まりになった多数のフロックＦ（図５参照）が形成され、そのフロックＦが分散水３２中に浮遊し安定に分散する。続いて、止水弁４８を開くことにより、混合槽３０内の分散水３２は分散ノズル５２の噴水孔５６から貯水槽３４内の全面にわたり均等に噴射されて貯留される（工程Ｓ１４）。
【００３３】
それから、図５に示すように、分散水３２中のフロックＦが水中を漂っている間（数秒間程度）にアクチュエータ６８により開閉弁６２を矢印Ｂ方向に駆動し、貯水槽３４の全ての抜水孔６０を同時に開放して分散水３２を放出させる（工程Ｓ１６）。このとき、貯水槽３４の底面５８の全体にわたってほぼ均等に、分散水３２を落下させることが望ましい。同時に、貯水槽３４の上部から一部の水を抜き取っても構わない。なお、分散水３２を長時間放置しすぎて貯水槽３４内でフロックＦが沈降してしまうと、フロックＦを形成するケナフ２および木材パルプ４が一定の向きとなって絡むことになり、後に得られる抄造素材１の厚みが均一にならないという不都合が生じる。
【００３４】
貯水槽３４の抜水孔６０から落下した分散水３２は空間部７４を経て上部抄造槽３６内で抄網４０上方に収受されて貯留される。そうして、次第に分散水３２の貯留量が増えていくと、空間部７４を落下する落下流８８の勢いにより、上下方向の渦巻流９０を生じ、フロックＦ中の天然繊維２，４、特に比較的長繊維であるケナフ２が上下左右前後の３次元のあらゆる方向にランダムに向いて相互に絡まっていく。そして、上部抄造槽３６内に一時的に貯留された分散水３２は適当な時間だけ静置される（工程Ｓ１８）。これにより、フロックＦが抄網４０に向かって沈降し、その際に隣り合ったフロックＦ間でも天然繊維２，４が互いに絡み合っていくのである（図７中の部分拡大図Ｃ参照）。
【００３５】
その後、止水弁４６を開くことにより下部抄造槽３８から水抜きが実施される（工程Ｓ２０）。すると、上部抄造槽３６と下部抄造槽３８の間に配置された抄網４０で、フェノール樹脂粉末６が繊維周囲に付着した状態の天然繊維２，４が抄き取られて、抄網４０上に抄造物９６（図７参照）が形成される（工程Ｓ２２）。
【００３６】
なお、上記の水抜き操作は、上部抄造槽３６内における分散水３２の水面が平定しているときにいずれの通水孔７６からも均等に一気に抜くのが好ましい。因みに、抄網４０上の分散水３２の水面が波打っているときに水抜きすると、抄網４０上の抄造物の上面が側方から見て波打って仕上がるので好ましくない。
【００３７】
この水抜きの際に、非イオン界面活性剤の機能により、フェノール樹脂粉末６はケナフ２および木材パルプ４の表面にしっかりと吸着されている。ここで、本実施形態のように比較的短繊維の木材パルプ４を原材料として混合した場合、互いに絡み合ったケナフ２間の隙間を埋めるように木材パルプ４が位置することにより、ケナフ２だけを天然繊維原材料とする場合と比べて、フェノール樹脂粉末６を水抜きと共に流出させずに抄造物内に留めておくのに有効である。ただし、ケナフ２等の比較的長繊維の天然繊維に付着しているフェノール樹脂粉末６だけでも、後工程の加熱圧縮による成形工程において互いに絡み合った天然繊維を各接合点で結合させるバインダー効果が得られるため、比較的短繊維の天然繊維を原材料から省くこともできる。
【００３８】
上記のように水抜きした後に、上部抄造槽３６はエアシリンダ等のリフト機構（図示省略）により持ち上げられて下部抄造槽３８から分離される。そして、水を多量（含水率＝約８５重量％程度）に含む抄造物９６が抄網４０を付けたまま下部抄造槽３８上から取り外される。ここまでの工程Ｓ１０〜Ｓ２２は常温・常圧下で実施される。
【００３９】
下部抄造槽３８から取り外された抄造物９６および抄網４０は、図６に示すように、プレス台９２上に複数段重ね合わせられて載置され、プレス板９４により圧下されて脱水される（工程Ｓ２４）。プレス脱水後、抄造物９６は抄網４０から容易に剥し取ることができる。そして、プレス脱水された抄造物９６は、適当な温度および時間（例えば約１１０℃で９０分間）で乾燥させられ（工程Ｓ２６）、これにより図７に示すようにシート状をなす天然繊維成形品用抄造素材１が出来上がる。
【００４０】
このようにして製造された抄造素材１は、後工程である加熱圧縮工程において例えば２００℃程度の高温で圧縮成形されることで、二次元的あるいは三次元的な所望形状の成形品に成形される（Ｓ２８）。この加熱圧縮成形時に、各天然繊維２，４に付着しているフェノール樹脂粉末６は、一旦溶融したのちに硬化して極めて機械的強度の高い３次元網目構造体を形成して、互いに絡み合った天然繊維２，４を各接合点において強固に結合する。その結果、出来上がった成形品は、いかなる方向の曲げや引っ張り等の外力に対して極めて高い機械的強度を有するものになる。このような天然繊維成形品は、例えば自動車の内装部品やボディ部品、建材、家具材、機械部品等の広い分野において利用可能である。
【００４１】
上述したように製造される天然繊維成形品の抄造素材１によれば、最終製品である成形品におけるケナフ２および木材パルプ４で構成される天然繊維の含有量が８０〜９５重量％を占めることで、従来のＦＲＰなどに比べて石油由来の樹脂の使用量を大幅に抑制することができ、軽量で、安価で、且つ、廃棄されても大部分が生分解される天然繊維で構成されるため自然環境にも優しい天然繊維成形品を提供できる。
【００４２】
また、抄網４０上に抄き取られる抄造物９６は天然繊維２，４が三次元的に互いに絡み合った状態に抄造され、かつ、繊維周囲に付着したフェノール樹脂粉末６によって後工程の加熱圧縮成形時に天然繊維２，４の絡み合った各接合点が強固に結合されるため、この抄造素材１から製造された天然繊維成形品はどの方向の曲げや引っ張り等の外力に対しても高い機械的強度を有することができる。
【００４３】
さらに、上記のように天然繊維２，４を多く含む成形品は、図８に示すように、天然繊維（ここではケナフ２）が外観上に見て取れる表面性状を有することで、看者に対して自然環境に優しい製品であることをアピールできる効果もある。
【００４４】
上記において本発明に係る一実施形態について十分に説明されているが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変更や改良が可能である。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、いずれも平坦な二次元形状を有する抄網４０および抄網ホルダ４２を用いて抄造を行ったが、図９に示した形状の抄網４０ａと抄網ホルダ４２ａを用いると、下向きに陥入した凹部９８を有する三次元的形状の抄造物９６ａを抄造することが可能になり、ひいては三次元的形状の抄造素材１を製造することが可能になる。
【００４６】
また、上記実施形態では、ケナフおよび木材パルプで構成される天然繊維の含有量を８０〜９５重量％、フェノール樹脂粉末で例示されるバインダー樹脂の含有量を５〜２０重量％として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、天然繊維の含有量が７０重量％以上で１００重量％未満であってバインダー樹脂の含有量が３０重量％以下で０重量％よりも多いものとしてもよく、この場合にも程度の差はあるものの上記実施形態と同質の作用効果を得ることができる。このことを拡張すれば、天然繊維成形品用抄造素材において天然繊維が、石油由来の樹脂含有量よりも多く、すなわち５０重量％を超える含有量を占めるように構成されていればよいと言える。
【００４７】
次に、別の実施形態について説明する。この実施形態では、原料である天然繊維を上記実施形態と同様とし、バインダー樹脂の粉末としてポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いて抄造素材１を製造し、この抄造素材１をコールドプレス成形することによって所望形状の天然繊維成形品に仕上げる例について説明する。
【００４８】
この実施形態において、コールドプレス成形後の最終成形品に占めるバインダー樹脂の重量比率は、最終成形品が軽量化が重視される製品に適用される場合には５〜２０重量％であることが好ましい。バインダー樹脂が５重量％より少ないと最終成形品における天然繊維間での十分な結合を得にくくなり、一方、２０重量％よりも多いと最終成形品の重量増加およびコストアップにつながるからである。
【００４９】
抄造過程において天然繊維同士が互いに絡み合い易くするために長繊維である第１の天然繊維の少なくとも一部をフィブリル化させたものを用いた場合には上記５〜２０重量％の範囲内で多めのバインダー樹脂量を選択するのが天然繊維間の結合強度を高くうえでより好ましい。また、原料に用いられるバインダー樹脂粉末は、粒径が１〜１００μｍであることが好ましい。１μｍよりも小径の粉末では凝集し易くて取り扱いにくくなり、一方、１００μｍよりも大径になると抄造過程においてバインダー樹脂粉末が天然繊維の周囲に付着せずに分離して貯水槽内で沈殿しやすくなるからである。
【００５０】
上記のような原料を用いて、図４等を参照して上述した抄造プロセスによって天然繊維成形品の抄造素材を製造した。そして、この抄造素材を赤外線ヒータなどで用いて、バインダー樹脂が十分に軟化して天然繊維同士を接着できる温度、例えば２３０〜２７０℃に加熱した後、冷えた又は常温の型でプレス成形するコールドプレス成形を行って、所望の形状を有する最終成形品である天然繊維成形品に仕上げられる。なお、必要に応じて窒素などの不活性ガス雰囲気中でコールドプレス成形を行ってもよい。
【００５１】
この実施形態におけるコールドプレス成形は、１回に限られるものではなく、再加熱によって、複数回行うことが可能である。これは、比較的長繊維である第１の天然繊維が３次元的に互いに絡み合っているために、加熱により樹脂が軟化して拘束力が低下しても抄造素材１を構成する天然繊維がばらけてしまうことがないからである。そのため、１つの抄造素材１に対して型精度を順次に上げていって複数回プレス成形を行うことで、所望形状の最終成形品に仕上げることができる。
【００５２】
また、コールドプレス成形において、１つの抄造素材１に対してプレス回数およびプレス圧力の少なくとも一方を部分的に多く適用することによって、高密度部分を形成してもよい。このように形成された高密度部分は、他の低密度部分に比べて機械的強度が高くなることから、最終成形品を別の部材に対してボルト固定等する場合に上記高密度部分を固定部として利用するのに好適である。
【００５３】
さらに、従来は発泡剤を添加することによって成形時に全体を発泡させて密度を下げることで樹脂成形品にクッション性を付与していたが、本実施形態の抄造素材では、加熱時にバインダー樹脂が軟化することによって天然繊維が自己の弾力による復元力で成形品の厚み方向に膨らむので、発泡剤を使用することなく成形品にクッション性が付与される利点がある。
【００５４】
なお、本実施形態では、バインダー樹脂の重量比率は最終成形品について軽量化が重視される場合に５〜２０重量％であることが好ましいと説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コールドプレス成形後の最終成形品に占めるバインダー樹脂の重量比率は、最終成形品が軽量化よりも平坦性重視の製品に適用される場合には２０〜７０重量より好ましくは３０〜７０重量％とするのが好ましい。このとき、バインダー樹脂の重量比率が過半を占める場合でも、抄造されて互いに３次元的に絡み合った状態で結合された天然繊維による成形品の補強効果を見込むことができる。
【００５５】
ところで、天然繊維成形品用抄造素材をバガスから得た比較的長繊維のセルロース繊維およびその集束物だけを原材料として用いて（すなわちバガス１００重量％）、上記と同様の抄造方法で抄造物を抄造し、これを脱水および乾燥させて得た抄造素材を加熱圧縮成形したところ、バインダー樹脂を用いずとも成形可能であることが確認された。これは、上記成形時にバガス自身から染み出た樹脂成分によって互いに絡み合っているバガス繊維が結合されているためと考えられる。ただし、上記実施形態のようにバインダー樹脂を含む天然繊維成形品に比べると機械的強度等の特性は劣るため、作用する負荷や外力が比較的小さい部品または製品に利用されることが好ましい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 天然繊維成形品の抄造素材、２ ケナフ（第１の天然繊維）、４ 木材パルプ（第２の天然繊維）、６ フェノール樹脂粉末（バインダー樹脂粉末）、１０ 抄造装置、１２，２０，２８ モータ駆動攪拌機、１４ 分散水、１６ 分散槽、１８ 非イオン界面活性剤、２２ 添加剤槽、２４，２６ 開閉弁、３０ 混合槽、３２ 分散水、３４ 貯水槽、３６ 上部抄造槽、３８ 下部抄造槽、４０，４０ａ 抄網、４２，４２ａ 抄網ホルダ、４４ 水、４６，４８ 止水弁、５０ 連通管、５２ 分散ノズル、５６ 噴水孔、５８ 貯水槽底面、６０ 抜水孔、６２ 開閉弁、６４ 連通孔、６６ ガイドロッド、６８ アクチュエータ、７０ 駆動ロッド、７２ 水封軸受、７４ 空間部、７６ 通水孔、７８ 連結管、８０ 貯水タンク、８２ ポンプ、８４ 戻り配管、８６ 排水管、８８ 落下流、９０ 渦巻流、９２ プレス台、９４ プレス板、９６，９６ａ 抄造物、Ｆ フロック。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然繊維成形品の抄造素材およびその製造方法に係り、特に、過半数重量％の含有量を占める天然繊維から構成される成形品用の抄造素材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維等の繊維材料を強化材として母材であるプラスチックに含有させた繊維強化プラスチックまたはＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）が知られている。このようなＦＲＰは、加熱により流動性をもたせた熱可塑性プラスチック中に比較的短い繊維長（例えば３〜１２ｍｍ）の繊維材料を混練した後に、射出成形や押出成形等の方法によって所望の形状に成形品に仕上げられることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１には、熱可塑性樹脂に天然繊維を強化剤として添加し、さらに相溶化剤を加えて押出し、引き抜き、圧縮等などにより所定の形状に成形することにより、車両ボディに用いられる木材の代替材とする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３５７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される技術では、強化材である天然繊維に比べて母材および相溶化剤であるポリプロピレン、ポリエチレン等や石油由来の樹脂の構成比率が圧倒的に多いため、石油資源の高騰や枯渇が懸念される昨今においてはコスト面や環境面において好ましくない。特に、このような成形品が廃棄物となったときに、石油由来の樹脂は自然界において生分解されないため、環境面における問題が大きい。
【０００６】
また、射出成形時や押出成形時の樹脂の流動性を阻害しないよう比較的短い繊維長の天然繊維用いる必要があるが、天然繊維に限らず比較的短繊維の繊維材料を強化材として含有するＦＲＰにおいては繊維材料の配向が成形時の樹脂の流動方向に揃ったものになり易く、これにより最終製品である成形品の機械的強度が方向によって異なってくる場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、天然繊維材料の含有比率が高いことで安価で自然環境に優しく、且つ、天然繊維が互いに絡み合った状態で結合されることでどの方向についても高い機械的強度が得られる天然繊維成形品の抄造素材とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材は、繊維周囲にバインダー樹脂粉末を付着させた天然繊維が分散される分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して得られる天然繊維成形品用の抄造素材であって、前記天然繊維は前記成形品において５０重量％を超える含有量を占めると共に、前記バインダー樹脂粉末は後工程の加熱圧縮成形時に前記絡み合った天然繊維を各接合点において互いに結合させることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材において、前記成形品における前記天然繊維の含有量は７０重量％以上で１００重量％未満であり、前記成形品における前記バインダー樹脂粉末の含有量は３０重量％以下で０重量％よりも多いことが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材において、前記成形品における前記天然繊維の含有量は８０重量％以上で９５重量％以下であり、前記成形品における前記バインダー樹脂粉末の含有量は２０重量％以下で５重量％以上であることがより好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材において、前記天然繊維は、大部分を占める比較的長繊維の第１の天然繊維と、残りの比較的短繊維の第２の天然繊維とからなってもよい。この場合、前記第１の天然繊維はケナフ、バガス、稲わら、および麦わらの少なくとも１つから得られるセルロース繊維であり、前記第２の天然繊維は木材パルプであってもよい。
【００１２】
さらに、本発明に係る天然繊維成形品用抄造素材の製造方法は、天然繊維成形品において５０重量％を超える含有量を占める天然繊維を、後工程の加熱圧縮成形時に前記天然繊維の絡み合った各接合点を結合するバインダー樹脂粉末を付着させた状態で分散した分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して前記抄造素材を得るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る天然繊維成形品の抄造素材およびその製造方法によれば、成形品における天然繊維が５０重量％を超える含有量を占めることで、石油由来の樹脂の使用量を抑制することができ、軽量、安価で自然環境にも優しい天然繊維成形品を提供できる。
【００１４】
また、抄網上に抄き取られる抄造物は天然繊維が三次元的に互いに絡み合った状態に抄造され、かつ、繊維周囲に付着したバインダー樹脂粉末によって後工程の加熱圧縮成形時に天然繊維の絡み合った各接合点が結合されるため、この抄造素材から製造された天然繊維成形品はどの方向の曲げや引っ張りに対しても高い機械的強度を有することができる。
【００１５】
さらに、上記のように天然繊維を多く含む成形品は、天然繊維が外観上に見て取れる表面性状を有することで、看者に対して自然環境に優しい製品であることをアピールできる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】抄造装置の全体概略構成図である。
【図２Ａ】分散ノズルの斜視図である。
【図２Ｂ】分散ノズルの底面を示す平面図である。
【図３Ａ】貯水槽の底面を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す貯水槽の底面上に移動可能に載置される開閉弁を示す平面図である。
【図４】抄造方法の各工程を順番に示す工程図である。
【図５】貯水槽底面から上部抄造槽へ落下した分散水の動きを示す図である。
【図６】抄き取った抄造物を抄網と共に複数段積み上げてプレス脱水する様子を示す図である。
【図７】抄造物または抄造素材の一部側面図とその部分拡大図である。
【図８】天然繊維成形品の外観に天然繊維が現れている表面性状を示す図である。
【図９】立体的形状の抄造物および抄造素材を得るための抄網および抄網ホルダを示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る天然繊維成形品の抄造素材を製造するための抄造装置１０を示す概略構成図である。抄造装置１０は、計量された原材料である第１および第２の天然繊維２，４（図７参照）などを所定量の水にモータ駆動攪拌機１２で攪拌しながら分散させる分散水１４とする分散槽１６と、非イオン界面活性剤などの添加剤１８を収容しモータ駆動攪拌機２０を備えた添加剤槽２２と、開閉弁２４，２６を開くことによって分散槽１６および添加剤槽２２からそれぞれ供給される分散水１４および添加剤１８を収容してモータ駆動攪拌機２８で攪拌して混合する混合槽３０と、混合槽３０内で分散水１４に添加剤１８が加えられて生成した分散水３２が混合槽３０から放出され一時貯留する貯水槽３４と、貯水槽３４の下方に落下した分散水３２を収受して一時貯留する上部抄造槽３６および下部抄造槽３８と、上部抄造槽３６と下部抄造槽３８の間に設けられた抄網４０と、抄網４０を載置支持する抄網ホルダ４２と、下部抄造槽３８の底部に設けられて下部抄造槽３８内に満たされている水４４を抜き取る止水弁４６とから、主に構成されている。上記貯水槽３４、上部抄造槽３６、および下部抄造槽３８の上側部分は例えば縦横約９５０ｍｍ寸法の平面視角筒状に形成されている。ただし、各槽は角筒の平面形状や上記寸法に限るものでない。
【００１９】
上記混合槽３０の下部には、止水弁４８によって開閉される連通管５０を介して分散ノズル５２が接続されている。止水弁４８は例えばモータにより開閉駆動される。図２Ａの斜視図に示すように、分散ノズル５２は、例えば縦が約１５０ｍｍで横が約４００ｍｍの大きさであって側面視略半円形状をなす箱体からなっている。そして、分散ノズル５２の底面５４には、図２Ｂの底面図に示すように、多数の噴水孔５６が形成されている。噴水孔５６は例えば長径が約４０ｍｍで短径が約２０ｍｍの長円形状の貫通孔として形成され、混合槽３０内の分散水３２が貯水槽３４の底面５８全体に向けて均一に放水されるよう底面５４に、例えば千鳥状またはマトリックス状に適宜配置されている。
【００２０】
上記貯水槽３４の底面５８には、図３Ａの上面視図に示すように、多数の抜水孔６０が形成されている。一方、貯水槽３４の底面５８には、矩形板状の開閉弁６２が摺動可能に載置されている。開閉弁６２には、図３Ｂの上面視図に示すように、上記貯水槽３４の底面５８の抜水孔６０と同等形状であって対応位置に多数の連通孔６４が形成されている。これらの抜水孔６０および連通孔６４は短径が約５ｍｍで長径が約２０ｍｍの長穴に形成されていて、開閉弁６２は連通孔６４の短径方向に移動可能とされている。
【００２１】
そして、上記開閉弁６２の両側面には、ガイドロッド６６と、エアシリンダなどのアクチュエータ６８の駆動軸と連結された駆動ロッド７０とが突設されている。これらのガイドロッド６６と駆動ロッド７０は貯水槽３４の両側壁面をそれぞれ貫通して設けられ、各水封軸受７２で水洩れが防止された状態で軸方向に移動可能に支持されている。
【００２２】
上記上部抄造槽３６は上面開口と下面開口とを有する角筒状に形成されていて、分散水３２を混合槽３０から収受したときに槽内の抄網４０の上方に空間部７４を形成し得る大きさのものが使用される。
【００２３】
上記抄網４０は、例えばステンレス鋼で構成された約６０メッシュの網体である。抄網４０を載置支持する抄網ホルダ４２は、いわゆるパンチングメタルや合成樹脂板などで構成されていて、多数の通水孔７６が全面にわたって穿設されている。
【００２４】
なお、抄造装置１０において、上下方向に離間可能に組み立てられる貯水槽３４の底面５８の周縁部と上部抄造槽３６の上面開口周縁部とは図示しないシール部材によって水封されている。また、上下方向に離間可能に組み立てられる上部抄造槽３６の下面開口周縁部、抄網４０の周縁部、抄網ホルダ４２の周縁部、および下部抄造槽３８の上面開口周縁部は、図示しないシール部材により水封されている。
【００２５】
下部抄造槽３８の底部は、止水弁４６が設けられる連結管７８を介して貯水タンク８０に接続されている。下部抄造槽３８から排水されて貯水タンク８０に貯められた水は、ポンプ８２の駆動により戻り配管８４から分散槽１６へ送水されて再利用される。また、水が不要の場合は排水管８６から系外へ排出されるようになっている。
【００２６】
続いて、上記構成からなる抄造装置１０を用いた天然繊維成形品用抄造素材１（図７参照）の製造工程について図４を参照して説明する。この実施形態では、比較的長い繊維長の第１の天然繊維としてケナフから生成されたセルロース繊維およびその集束物（以下、単に「ケナフ」という）を用い、比較的短い繊維長である第２の天然繊維として木材チップを薬品処理して得られるセルロースパルプ（以下、「木材パルプ」という）を用い、バインダー樹脂粉末として熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末を用いた例を挙げる。ここで用いる原材料の処方を最終成形品における重量％で以下に示す。
（１）ケナフ： ７０〜８０重量％
（２）木材パルプ： １０〜１５重量％
（３）フェノール樹脂粉末： ５〜２０重量％
【００２７】
ここで、比較的長い繊維長の第1の天然繊維は、ケナフ以外に、例えば、サトウキビを搾ったあとの廃材であるバガス、稲わら、麦わら、竹、雑草等から得られるセルロース繊維を用いてもよい。また、比較的短い繊維長の第２の天然繊維は、木材パルプに限定されるものではなく、第１の天然繊維を短く切った同種の天然繊維を用いてもよいし、他のいかなる天然繊維であってもよい。
【００２８】
また、上記においてはバインダー樹脂として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を例示するが、フェノール樹脂以外に、例えばフラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。さらに、熱可塑性樹脂がバインダー樹脂として用いられてもよく、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂などが挙げられる。さらにまた、バインダー樹脂として、熱硬化性又は熱可塑性を有する生分解性樹脂（例えば、乳酸、ポリ乳酸等）を用いれば、最終製品である天然繊維成形品が自然界で完全に分解して消滅することが可能になり、環境に対して極めて優しいものになる。
【００２９】
抄造工程を開始するに際し、抄造装置１０では、止水弁４６を閉じた状態で下部抄造槽３８の底部から抄網ホルダ４２ないし抄網４０までの間には空気層を形成しないように、予め水４４が満たされている。これにより、分散水３２から分離した水を抄網ホルダ４２の通水孔７６を円滑に通過させられるため、抄網４０上に貯留される分散水３２の状態を乱すことがない。この場合に抄網ホルダ４２の下方を満水にさせていないと、分散水３２から分離した水が通水孔７６を流下する際に下部抄造槽３８内にある空気が抄網ホルダ４２の通水孔７６および抄網４０を遡上して上部抄造槽３６内で静置されている分散水３２をかき混ぜることとなり、仕上がった抄造素材に空気が通った跡の空洞部を生じたり、ケナフ２および木材パルプ４（図７参照）がその空洞部の向きに揃ったりするので好ましくない。
【００３０】
抄造工程の最初の工程として、開閉弁２４を閉じた状態で分散槽１６へ所定量の水を計量して投入し、そこに原材料であるケナフ２、木材パルプ４およびフェノール樹脂粉末６（図７参照）を水の投入量（１００重量％）に対し上記原材料（１）〜（３）の合計重量が約５重量％となるように上記処方に応じてそれぞれ計量して分散槽１６へ投入し、モータ駆動攪拌機１２で攪拌することにより上記各原材料が均一に分散された分散水１４を生成する（工程Ｓ１０）。また、開閉弁２６を閉じた状態で添加剤槽２２には、上記原材料の合計重量に対し０．０８重量％の非イオン界面活性剤（添加剤）１８、例えば住友精化社製の商品名「ＰＥＯ−ＰＦ」でポリエチレンオキサイドを主成分とするものを投入してモータ駆動攪拌機２０で攪拌しておく（工程Ｓ１０）。
【００３１】
そして、上記分散水１４の生成および非イオン界面活性剤１８の準備が整ったら、各開閉弁２４，２６を開放して分散槽１６および添加剤槽２２から混合槽３０へ分散水１４および非イオン界面活性剤１８を投入して混合する（工程Ｓ１２）。このとき、モータ駆動攪拌機２８をしばらく作動させることにより、混合槽３０において原材料を含む分散水１４と非イオン界面活性剤１８とが均一に混合されて分散水３２が生成される。
【００３２】
上記混合槽３０内の分散水３２中において、低濃度（０．０８重量％）の非イオン界面活性剤は高分子凝集剤として機能する。この非イオン界面活性剤の機能により、フェノール樹脂粉末６が繊維表面に付着した状態でケナフ２および木材パルプ４が互いに絡み合って約１０〜１５ｍｍ径程度の柔らかい纏まりになった多数のフロックＦ（図５参照）が形成され、そのフロックＦが分散水３２中に浮遊し安定に分散する。続いて、止水弁４８を開くことにより、混合槽３０内の分散水３２は分散ノズル５２の噴水孔５６から貯水槽３４内の全面にわたり均等に噴射されて貯留される（工程Ｓ１４）。
【００３３】
それから、図５に示すように、分散水３２中のフロックＦが水中を漂っている間（数秒間程度）にアクチュエータ６８により開閉弁６２を矢印Ｂ方向に駆動し、貯水槽３４の全ての抜水孔６０を同時に開放して分散水３２を放出させる（工程Ｓ１６）。このとき、貯水槽３４の底面５８の全体にわたってほぼ均等に、分散水３２を落下させることが望ましい。同時に、貯水槽３４の上部から一部の水を抜き取っても構わない。なお、分散水３２を長時間放置しすぎて貯水槽３４内でフロックＦが沈降してしまうと、フロックＦを形成するケナフ２および木材パルプ４が一定の向きとなって絡むことになり、後に得られる抄造素材１の厚みが均一にならないという不都合が生じる。
【００３４】
貯水槽３４の抜水孔６０から落下した分散水３２は空間部７４を経て上部抄造槽３６内で抄網４０上方に収受されて貯留される。そうして、次第に分散水３２の貯留量が増えていくと、空間部７４を落下する落下流８８の勢いにより、上下方向の渦巻流９０を生じ、フロックＦ中の天然繊維２，４、特に比較的長繊維であるケナフ２が上下左右前後の３次元のあらゆる方向にランダムに向いて相互に絡まっていく。そして、上部抄造槽３６内に一時的に貯留された分散水３２は適当な時間だけ静置される（工程Ｓ１８）。これにより、フロックＦが抄網４０に向かって沈降し、その際に隣り合ったフロックＦ間でも天然繊維２，４が互いに絡み合っていくのである（図７中の部分拡大図Ｃ参照）。
【００３５】
その後、止水弁４６を開くことにより下部抄造槽３８から水抜きが実施される（工程Ｓ２０）。すると、上部抄造槽３６と下部抄造槽３８の間に配置された抄網４０で、フェノール樹脂粉末６が繊維周囲に付着した状態の天然繊維２，４が抄き取られて、抄網４０上に抄造物９６（図７参照）が形成される（工程Ｓ２２）。
【００３６】
なお、上記の水抜き操作は、上部抄造槽３６内における分散水３２の水面が平定しているときにいずれの通水孔７６からも均等に一気に抜くのが好ましい。因みに、抄網４０上の分散水３２の水面が波打っているときに水抜きすると、抄網４０上の抄造物の上面が側方から見て波打って仕上がるので好ましくない。
【００３７】
この水抜きの際に、非イオン界面活性剤の機能により、フェノール樹脂粉末６はケナフ２および木材パルプ４の表面にしっかりと吸着されている。ここで、本実施形態のように比較的短繊維の木材パルプ４を原材料として混合した場合、互いに絡み合ったケナフ２間の隙間を埋めるように木材パルプ４が位置することにより、ケナフ２だけを天然繊維原材料とする場合と比べて、フェノール樹脂粉末６を水抜きと共に流出させずに抄造物内に留めておくのに有効である。ただし、ケナフ２等の比較的長繊維の天然繊維に付着しているフェノール樹脂粉末６だけでも、後工程の加熱圧縮による成形工程において互いに絡み合った天然繊維を各接合点で結合させるバインダー効果が得られるため、比較的短繊維の天然繊維を原材料から省くこともできる。
【００３８】
上記のように水抜きした後に、上部抄造槽３６はエアシリンダ等のリフト機構（図示省略）により持ち上げられて下部抄造槽３８から分離される。そして、水を多量（含水率＝約８５重量％程度）に含む抄造物９６が抄網４０を付けたまま下部抄造槽３８上から取り外される。ここまでの工程Ｓ１０〜Ｓ２２は常温・常圧下で実施される。
【００３９】
下部抄造槽３８から取り外された抄造物９６および抄網４０は、図６に示すように、プレス台９２上に複数段重ね合わせられて載置され、プレス板９４により圧下されて脱水される（工程Ｓ２４）。プレス脱水後、抄造物９６は抄網４０から容易に剥し取ることができる。そして、プレス脱水された抄造物９６は、適当な温度および時間（例えば約１１０℃で９０分間）で乾燥させられ（工程Ｓ２６）、これにより図７に示すようにシート状をなす天然繊維成形品用抄造素材１が出来上がる。
【００４０】
このようにして製造された抄造素材１は、後工程である加熱圧縮工程において例えば２００℃程度の高温で圧縮成形されることで、二次元的あるいは三次元的な所望形状の成形品に成形される（Ｓ２８）。この加熱圧縮成形時に、各天然繊維２，４に付着しているフェノール樹脂粉末６は、一旦溶融したのちに硬化して極めて機械的強度の高い３次元網目構造体を形成して、互いに絡み合った天然繊維２，４を各接合点において強固に結合する。その結果、出来上がった成形品は、いかなる方向の曲げや引っ張り等の外力に対して極めて高い機械的強度を有するものになる。このような天然繊維成形品は、例えば自動車の内装部品やボディ部品、建材、家具材、機械部品等の広い分野において利用可能である。
【００４１】
上述したように製造される天然繊維成形品の抄造素材１によれば、最終製品である成形品におけるケナフ２および木材パルプ４で構成される天然繊維の含有量が８０〜９５重量％を占めることで、従来のＦＲＰなどに比べて石油由来の樹脂の使用量を大幅に抑制することができ、軽量で、安価で、且つ、廃棄されても大部分が生分解される天然繊維で構成されるため自然環境にも優しい天然繊維成形品を提供できる。
【００４２】
また、抄網４０上に抄き取られる抄造物９６は天然繊維２，４が三次元的に互いに絡み合った状態に抄造され、かつ、繊維周囲に付着したフェノール樹脂粉末６によって後工程の加熱圧縮成形時に天然繊維２，４の絡み合った各接合点が強固に結合されるため、この抄造素材１から製造された天然繊維成形品はどの方向の曲げや引っ張り等の外力に対しても高い機械的強度を有することができる。
【００４３】
さらに、上記のように天然繊維２，４を多く含む成形品は、図８に示すように、天然繊維（ここではケナフ２）が外観上に見て取れる表面性状を有することで、看者に対して自然環境に優しい製品であることをアピールできる効果もある。
【００４４】
上記において本発明に係る一実施形態について十分に説明されているが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変更や改良が可能である。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、いずれも平坦な二次元形状を有する抄網４０および抄網ホルダ４２を用いて抄造を行ったが、図９に示した形状の抄網４０ａと抄網ホルダ４２ａを用いると、下向きに陥入した凹部９８を有する三次元的形状の抄造物９６ａを抄造することが可能になり、ひいては三次元的形状の抄造素材１を製造することが可能になる。
【００４６】
また、上記実施形態では、ケナフおよび木材パルプで構成される天然繊維の含有量を８０〜９５重量％、フェノール樹脂粉末で例示されるバインダー樹脂の含有量を５〜２０重量％として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、天然繊維の含有量が７０重量％以上で１００重量％未満であってバインダー樹脂の含有量が３０重量％以下で０重量％よりも多いものとしてもよく、この場合にも程度の差はあるものの上記実施形態と同質の作用効果を得ることができる。このことを拡張すれば、天然繊維成形品用抄造素材において天然繊維が、石油由来の樹脂含有量よりも多く、すなわち５０重量％を超える含有量を占めるように構成されていればよいと言える。
【００４７】
次に、別の実施形態について説明する。この実施形態では、原料である天然繊維を上記実施形態と同様とし、バインダー樹脂の粉末としてポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いて抄造素材１を製造し、この抄造素材１をコールドプレス成形することによって所望形状の天然繊維成形品に仕上げる例について説明する。
【００４８】
この実施形態において、コールドプレス成形後の最終成形品に占めるバインダー樹脂の重量比率は、最終成形品が軽量化が重視される製品に適用される場合には５〜２０重量％であることが好ましい。バインダー樹脂が５重量％より少ないと最終成形品における天然繊維間での十分な結合を得にくくなり、一方、２０重量％よりも多いと最終成形品の重量増加およびコストアップにつながるからである。
【００４９】
抄造過程において天然繊維同士が互いに絡み合い易くするために長繊維である第１の天然繊維の少なくとも一部をフィブリル化させたものを用いた場合には上記５〜２０重量％の範囲内で多めのバインダー樹脂量を選択するのが天然繊維間の結合強度を高くうえでより好ましい。また、原料に用いられるバインダー樹脂粉末は、粒径が１〜１００μｍであることが好ましい。１μｍよりも小径の粉末では凝集し易くて取り扱いにくくなり、一方、１００μｍよりも大径になると抄造過程においてバインダー樹脂粉末が天然繊維の周囲に付着せずに分離して貯水槽内で沈殿しやすくなるからである。
【００５０】
上記のような原料を用いて、図４等を参照して上述した抄造プロセスによって天然繊維成形品の抄造素材を製造した。そして、この抄造素材を赤外線ヒータなどで用いて、バインダー樹脂が十分に軟化して天然繊維同士を接着できる温度、例えば２３０〜２７０℃に加熱した後、冷えた又は常温の型でプレス成形するコールドプレス成形を行って、所望の形状を有する最終成形品である天然繊維成形品に仕上げられる。なお、必要に応じて窒素などの不活性ガス雰囲気中でコールドプレス成形を行ってもよい。
【００５１】
この実施形態におけるコールドプレス成形は、１回に限られるものではなく、再加熱によって、複数回行うことが可能である。これは、比較的長繊維である第１の天然繊維が３次元的に互いに絡み合っているために、加熱により樹脂が軟化して拘束力が低下しても抄造素材１を構成する天然繊維がばらけてしまうことがないからである。そのため、１つの抄造素材１に対して型精度を順次に上げていって複数回プレス成形を行うことで、所望形状の最終成形品に仕上げることができる。
【００５２】
また、コールドプレス成形において、１つの抄造素材１に対してプレス回数およびプレス圧力の少なくとも一方を部分的に多く適用することによって、高密度部分を形成してもよい。このように形成された高密度部分は、他の低密度部分に比べて機械的強度が高くなることから、最終成形品を別の部材に対してボルト固定等する場合に上記高密度部分を固定部として利用するのに好適である。
【００５３】
さらに、従来は発泡剤を添加することによって成形時に全体を発泡させて密度を下げることで樹脂成形品にクッション性を付与していたが、本実施形態の抄造素材では、加熱時にバインダー樹脂が軟化することによって天然繊維が自己の弾力による復元力で成形品の厚み方向に膨らむので、発泡剤を使用することなく成形品にクッション性が付与される利点がある。
【００５４】
なお、本実施形態では、バインダー樹脂の重量比率は最終成形品について軽量化が重視される場合に５〜２０重量％であることが好ましいと説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コールドプレス成形後の最終成形品に占めるバインダー樹脂の重量比率は、最終成形品が軽量化よりも平坦性重視の製品に適用される場合には２０〜７０重量より好ましくは３０〜７０重量％とするのが好ましい。このとき、バインダー樹脂の重量比率が過半を占める場合でも、抄造されて互いに３次元的に絡み合った状態で結合された天然繊維による成形品の補強効果を見込むことができる。
【００５５】
ところで、天然繊維成形品用抄造素材をバガスから得た比較的長繊維のセルロース繊維およびその集束物だけを原材料として用いて（すなわちバガス１００重量％）、上記と同様の抄造方法で抄造物を抄造し、これを脱水および乾燥させて得た抄造素材を加熱圧縮成形したところ、バインダー樹脂を用いずとも成形可能であることが確認された。これは、上記成形時にバガス自身から染み出た樹脂成分によって互いに絡み合っているバガス繊維が結合されているためと考えられる。ただし、上記実施形態のようにバインダー樹脂を含む天然繊維成形品に比べると機械的強度等の特性は劣るため、作用する負荷や外力が比較的小さい部品または製品に利用されることが好ましい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 天然繊維成形品の抄造素材、２ ケナフ（第１の天然繊維）、４ 木材パルプ（第２の天然繊維）、６ フェノール樹脂粉末（バインダー樹脂粉末）、１０ 抄造装置、１２，２０，２８ モータ駆動攪拌機、１４ 分散水、１６ 分散槽、１８ 非イオン界面活性剤、２２ 添加剤槽、２４，２６ 開閉弁、３０ 混合槽、３２ 分散水、３４ 貯水槽、３６ 上部抄造槽、３８ 下部抄造槽、４０，４０ａ 抄網、４２，４２ａ 抄網ホルダ、４４ 水、４６，４８ 止水弁、５０ 連通管、５２ 分散ノズル、５６ 噴水孔、５８ 貯水槽底面、６０ 抜水孔、６２ 開閉弁、６４ 連通孔、６６ ガイドロッド、６８ アクチュエータ、７０ 駆動ロッド、７２ 水封軸受、７４ 空間部、７６ 通水孔、７８ 連結管、８０ 貯水タンク、８２ ポンプ、８４ 戻り配管、８６ 排水管、８８ 落下流、９０ 渦巻流、９２ プレス台、９４ プレス板、９６，９６ａ 抄造物、Ｆ フロック。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維周囲にバインダー樹脂の粉末を付着させた天然繊維が分散される分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して得られる天然繊維成形品の抄造素材であって、
前記天然繊維は前記成形品において５０重量％を超える含有量を占めると共に、前記バインダー樹脂の粉末は後工程の加熱圧縮成形時に前記絡み合った天然繊維を各接合点において互いに結合させることを特徴とする、天然繊維成形品用の抄造素材。
【請求項２】
請求項１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は７０重量％以上で１００重量％未満であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は３０重量％以下で０重量％よりも多いことを特徴とする天然繊維成形品用の抄造素材。
【請求項３】
請求項２に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は８０重量％以上で９５重量％以下であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は２０重量％以下で５重量％以上であることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記天然繊維は、大部分を占める比較的長繊維の第１の天然繊維と、残りの比較的短繊維の第２の天然繊維とからなることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項５】
請求項４に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記第１の天然繊維はケナフ、バガス、稲わら、および麦わらの少なくとも１つから得られるセルロース繊維であり、前記第２の天然繊維は木材パルプであることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項６】
天然繊維成形品において５０重量％を超える含有量を占める天然繊維を、後工程の加熱圧縮成形時に前記天然繊維の絡み合った各接合点を結合するバインダー樹脂の粉末を付着させた状態で分散した分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して抄造素材が得られる天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は７０重量％以上で１００重量％未満であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は３０重量％以下で０重量％よりも多いことを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は８０重量％以上で９５重量％以下であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は２０重量％以下で５重量％以上であることを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項９】
請求項５から７のいずれか１項に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記天然繊維は、大部分を占める比較的長繊維の第１の天然繊維と、残りの比較的短繊維の第２の天然繊維とからなることを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記第１の天然繊維はケナフ、バガス、稲わら、および麦わらの少なくとも１つから得られるセルロース繊維であり、前記第２の天然繊維は木材パルプであることを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項１１】
繊維同士が互いに絡み合った状態で抄網によって抄き取られた天然繊維からなる抄造物と、この抄造物の抄造過程において天然繊維の周囲に付着させたバインダー樹脂の粉末とから構成される天然繊維成形品用の抄造素材であって、
前記バインダー樹脂が熱可塑性樹脂であり、所定温度に加熱された後にコールドプレス成形されることによって前記互いに絡み合った天然繊維同士が前記バインダー樹脂により結合され、前記コールドプレス成形が１回以上実行されて所望形状の天然繊維成形品に仕上げられることを特徴とする、天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１２】
請求項１１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記コールドプレス成形時に、１つの抄造素材に対してプレス回数およびプレス圧力の少なくとも一方を部分的に多く適用することによって天然繊維成形品に高密度部分が形成されることを特徴とする、天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１３】
請求項１１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記プレス成形後の天然繊維成形品が軽量化重視の製品に適用される場合、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量が５〜２０重量％であることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１４】
請求項１１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記プレス成形後の天然繊維成形品が平坦性重視の製品に適用される場合、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量が２０〜７０重量％であることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記バインダー樹脂の粉末の粒径が１〜１００μｍであることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１】
繊維周囲にバインダー樹脂の粉末を付着させた天然繊維が分散される分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して得られる天然繊維成形品の抄造素材であって、
前記天然繊維は前記成形品において５０重量％を超える含有量を占めると共に、前記バインダー樹脂の粉末は後工程の加熱圧縮成形時に前記絡み合った天然繊維を各接合点において互いに結合させることを特徴とする、天然繊維成形品用の抄造素材。
【請求項２】
請求項１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は７０重量％以上で１００重量％未満であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は３０重量％以下で０重量％よりも多いことを特徴とする天然繊維成形品用の抄造素材。
【請求項３】
請求項２に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は８０重量％以上で９５重量％以下であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は２０重量％以下で５重量％以上であることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記天然繊維は、大部分を占める比較的長繊維の第１の天然繊維と、残りの比較的短繊維の第２の天然繊維とからなることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項５】
請求項４に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記第１の天然繊維はケナフ、バガス、稲わら、および麦わらの少なくとも１つから得られるセルロース繊維であり、前記第２の天然繊維は木材パルプであることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項６】
天然繊維成形品において５０重量％を超える含有量を占める天然繊維を、後工程の加熱圧縮成形時に前記天然繊維の絡み合った各接合点を結合するバインダー樹脂の粉末を付着させた状態で分散した分散水を抄網が配置されている抄造槽内に均等に放水して前記抄網上に一時貯留し、前記抄造槽の下部から排水することにより前記抄網によって前記天然繊維を互いに絡み合った状態で抄き取り、その後、前記抄網上に抄き取られた抄造物を脱水および乾燥して抄造素材が得られる天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は７０重量％以上で１００重量％未満であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は３０重量％以下で０重量％よりも多いことを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記成形品における前記天然繊維の含有量は８０重量％以上で９５重量％以下であり、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量は２０重量％以下で５重量％以上であることを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項９】
請求項５から７のいずれか１項に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記天然繊維は、大部分を占める比較的長繊維の第１の天然繊維と、残りの比較的短繊維の第２の天然繊維とからなることを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の天然繊維成形品用抄造素材の製造方法において、
前記第１の天然繊維はケナフ、バガス、稲わら、および麦わらの少なくとも１つから得られるセルロース繊維であり、前記第２の天然繊維は木材パルプであることを特徴とする天然繊維成形品用抄造素材の製造方法。
【請求項１１】
繊維同士が互いに絡み合った状態で抄網によって抄き取られた天然繊維からなる抄造物と、この抄造物の抄造過程において天然繊維の周囲に付着させたバインダー樹脂の粉末とから構成される天然繊維成形品用の抄造素材であって、
前記バインダー樹脂が熱可塑性樹脂であり、所定温度に加熱された後にコールドプレス成形されることによって前記互いに絡み合った天然繊維同士が前記バインダー樹脂により結合され、前記コールドプレス成形が１回以上実行されて所望形状の天然繊維成形品に仕上げられることを特徴とする、天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１２】
請求項１１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記コールドプレス成形時に、１つの抄造素材に対してプレス回数およびプレス圧力の少なくとも一方を部分的に多く適用することによって天然繊維成形品に高密度部分が形成されることを特徴とする、天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１３】
請求項１１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記プレス成形後の天然繊維成形品が軽量化重視の製品に適用される場合、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量が５〜２０重量％であることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１４】
請求項１１に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記プレス成形後の天然繊維成形品が平坦性重視の製品に適用される場合、前記成形品における前記バインダー樹脂の含有量が２０〜７０重量％であることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の天然繊維成形品の抄造素材において、
前記バインダー樹脂の粉末の粒径が１〜１００μｍであることを特徴とする天然繊維成形品の抄造素材。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６５５７１（Ｐ２０１０−２６５５７１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４０２４９（Ｐ２００９−２４０２４９）
【出願日】平成２１年１０月１９日（２００９．１０．１９）
【出願人】（０００２４１４８５）豊田通商株式会社 (73)
【出願人】（５９８１５９９０８）株式会社ワメンテクノ (5)
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１９日（２００９．１０．１９）
【出願人】（０００２４１４８５）豊田通商株式会社 (73)
【出願人】（５９８１５９９０８）株式会社ワメンテクノ (5)
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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