特開 2024-179899 基材および基材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179899

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】基材および基材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 27/12 20060101AFI20241219BHJP

   B29C 48/21 20190101ALI20241219BHJP

   B29C 48/07 20190101ALI20241219BHJP

   B32B 5/24 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

B32B27/12

B29C48/21

B29C48/07

B32B5/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099200

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柚原 光希

(72)【発明者】

【氏名】中村 英樹

【テーマコード（参考）】

4F100

4F207

【Ｆターム（参考）】

4F100AK01A

4F100AK01B

4F100AK01C

4F100BA02

4F100BA03

4F100BA06

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10B

4F100BA10C

4F100DG01A

4F100EH172

4F100EJ86A

4F100JB16A

4F100JB16B

4F100JB16C

4F207AA50

4F207AB25

4F207AD06

4F207AD16

4F207AG01

4F207AG03

4F207AR06

4F207AR12

4F207KA01

4F207KA17

4F207KB26

4F207KM15

(57)【要約】

【課題】繊維含有樹脂体を再利用して成形される基材において、天然繊維の焦げによる臭いを抑制する。
【解決手段】繊維含有樹脂体を粉砕した粉砕物２０と、熱可塑性樹脂からなる樹脂材３０とを準備し、押出成形機５０の３つの投入部５２のうち中間の層に対応するもの５２ｂに粉砕物２０を投入するとともに、残り２つの投入部５２ａ，５２ｃに樹脂材３０を投入し、押出成形機５０によって、粉砕物２０からなる粉砕物層１２が樹脂材３０からなる２つの樹脂層に挟まれた三層の積層状態で長孔状の吐出口５８から吐出する。それにより製造される基材１０を、粉砕物層１２と、樹脂材３０の熱可塑性樹脂からなり粉砕物層１２の周囲を覆う被覆層１４と、を備える平面状のものとする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

天然繊維と熱可塑性樹脂が結着した繊維含有樹脂体の粉砕物からなる粉砕物層と、熱可塑性樹脂からなり前記粉砕物層の周囲を覆う被覆層と、を備える平面状の基材。

【請求項2】

天然繊維と熱可塑性樹脂とが結着した繊維含有樹脂体を再利用して成形される基材の製造方法であって、
前記繊維含有樹脂体を粉砕した粉砕物と、前記基材の主な材料となる熱可塑性樹脂からなる樹脂材と、を準備する準備工程と、
３つの投入部から投入された材料を溶融し、同時に単一の吐出口から三層の積層状態で押し出して成形する押出成形機を用意し、３つの前記投入部のうち中間の層に対応するものに前記粉砕物を投入するとともに、残り２つの前記投入部に前記樹脂材を投入する投入工程と、
前記押出成形機によって、前記粉砕物からなる粉砕物層が前記樹脂材からなる２つの樹脂層に挟まれた三層の積層状態で長孔状の前記吐出口から吐出する押出工程と、
を含み、
前記粉砕物層と、前記樹脂材の熱可塑性樹脂からなり前記粉砕物層の周囲を覆う被覆層と、を備える平面状の基材を成形する基材の製造方法。

【請求項3】

前記押出工程は、前記樹脂層の厚みが１２０μｍ以上となるように吐出する請求項２に記載の基材の製造方法。

【請求項4】

前記押出工程は、前記吐出口から吐出する材料の温度を、前記樹脂材の熱可塑性樹脂の融点以上で、かつ、前記融点から２０℃高い温度以内に調整する請求項２または請求項３に記載の基材の製造方法。

【請求項5】

前記投入部に投入する前に、前記粉砕物を乾燥させる乾燥工程を含む請求項２または請求項３に記載の基材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、天然繊維と熱可塑性樹脂とが結着した繊維含有樹脂体を再利用して成形される基材に関し、また、その基材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

天然繊維と熱可塑性樹脂とが結着した繊維含有樹脂体、例えば、賦形された成形体や、その成形体の成形時に残ってしまう端材等を、再利用することが従来から検討されている。下記特許文献１には、天然繊維と熱可塑性樹脂とが決着した繊維含有樹脂体（複合材）の再生処理方法が開示されている。下記特許文献１に記載の方法は、複合材を破砕する破砕工程と、破砕された複合材に繊維濃度調整材を投入し、加熱しながら混練する加熱・混練工程と、混練された複合材を成形する成形工程と、を含んで構成される。なお、下記特許文献１において、繊維濃度調整材としては、熱可塑性樹脂に対して可溶性を有する樹脂であって、例えば熱可塑性樹脂が用いられている。そして、加熱・混練工程において、繊維濃度調整材を投入し， 加熱しながら混練することにより、熱可塑性樹脂及び繊維濃度調整材が溶融され、その中に天然繊維を均等に分散させるとともに、天然繊維間に熱可塑性樹脂及び繊維濃度調整材を十分に含浸させると、記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２０２９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載の技術では、天然繊維が均等に分散された状態で、次の成形工程が行われることになる。その成形時には、熱可塑性樹脂を含むことから加熱することが必要であるが、その加熱によって、天然繊維に焦げが発生する場合がある。

【0005】

本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、繊維含有樹脂体を再利用して成形される基材において、天然繊維の焦げによる臭いを抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本願に開示される基材は、下記の構成とされている。
（１）天然繊維と熱可塑性樹脂が結着した繊維含有樹脂体の粉砕物からなる粉砕物層と、熱可塑性樹脂からなり前記粉砕物層の周囲を覆う被覆層と、を備える平面状の基材。

【0007】

例えば、天然繊維と熱可塑性樹脂が結着した繊維含有樹脂体を再利用する場合、その繊維含有樹脂体を粉砕した粉砕物に含まれる熱可塑性樹脂を融解して再度結着させるために加熱する必要がある。その加熱によって天然繊維に焦げが生じ、その焦げによって臭いが発生する場合がある。本願に開示の基材は、粉砕物からなる粉砕物層が熱可塑性樹脂からなる被覆層で覆われているため、粉砕物層の天然繊維に焦げが生じたとしても、被覆層によって焦げによる臭いを抑制することができる。

【0008】

また、本願に開示の基材において、粉砕物層は、天然繊維を含むものの、繊維含有樹脂体を粉砕したことで、粉砕物に含まれる天然繊維の長さは短くなってしまう。そのため、粉砕物層は、再利用前の繊維含有樹脂体に比較して、剛性が低くなってしまうという問題がある。それに対して、本願に開示の基材は、その粉砕物層の両面に、熱可塑性樹脂からなる被覆層が積層されていること、つまり、基材に作用する曲げモーメントによる圧縮や引っ張りへの影響が小さい中間層に、粉砕物層を配していることで、基材の剛性低下が抑えられたものとなる。

【0009】

また、上記課題を解決するために、本願に開示される基材の製造方法は、下記の構成とされている。
（２）天然繊維と熱可塑性樹脂とが結着した繊維含有樹脂体を再利用して成形される基材の製造方法であって、
前記繊維含有樹脂体を粉砕した粉砕物と、前記基材の主な材料となる熱可塑性樹脂からなる樹脂材と、を準備する準備工程と、
３つの投入部から投入された材料を溶融し、同時に単一の吐出口から三層の積層状態で押し出して成形する押出成形機を用意し、３つの前記投入部のうち中間の層に対応するものに前記粉砕物を投入するとともに、残り２つの前記投入部に前記樹脂材を投入する投入工程と、
前記押出成形機によって、前記粉砕物からなる粉砕物層が前記樹脂材からなる２つの樹脂層に挟まれた三層の積層状態で長孔状の前記吐出口から吐出する押出工程と、
を含み、
前記粉砕物層と、前記樹脂材の熱可塑性樹脂からなり前記粉砕物層の周囲を覆う被覆層と、を備える平面状の基材を成形する基材の製造方法。

【0010】

本願に開示の基材の製造方法は、いわゆる共押出し成形によって、基材を成形する方法であり、繊維含有樹脂体の粉砕物を溶融したものを、溶融した熱可塑性樹脂で上下に挟んで、平面状（シート状，ボード状）に吐出することで、前述した基材を成形することができる。なお、本願に開示の製造方法は、押出方向に交差する方向の両端部（吐出口の長手方向における両端側から吐出される部分）は、流動性の高い熱可塑性樹脂が充填され易く、粉砕物層を熱可塑性樹脂で覆った構成となる。つまり、押出成形機によって、吐出口から押し出す前に粉砕物を加熱することになるが、熱可塑性樹脂が溶融して分離した粉砕物は、樹脂材が溶融した熱可塑性樹脂によって覆われて被覆層が成形されるため、天然繊維の焦げによる臭いを抑制することができるのである。また、従来から粉砕物をマット化し、そのマットをプレス成形してシート状の基材を成形する方法も存在するが、その製造方法に比較して、本願に開示の基材の製造方法は、マット化する工程が不要となり、サイクルタイムの向上を図ることができる。

【0011】

また、上記構成の基材の製造方法において、以下に示す種々の態様とすることが可能である。なお、本発明は以下の態様に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

【0012】

（３）前記押出工程は、前記樹脂層の厚みが１２０μｍ以上となるように吐出する（２）項に記載の基材の製造方法。

【0013】

この構成の基材の製造方法によれば、被覆層が、天然繊維の焦げによる臭いを抑えるのに十分な厚みを有することになる。また、例えば、基材を賦形する際の成形性を確保することができる。

【0014】

（４）前記押出工程は、前記吐出口から吐出する材料の温度を、前記樹脂材の熱可塑性樹脂の融点以上で、かつ、前記融点から２０℃高い温度以内に調整する（２）項または（３）項に記載の基材の製造方法。

【0015】

基材の成形時には、端末まで充填すべく、例えば、融点より３０℃以上高い温度として、熱可塑性樹脂の流動性を高める場合が多い。しかしながら、そのような温度とすると、天然繊維に焦げが生じやすく、臭いも発生し易い。この構成の基材の製造方法は、熱可塑性樹脂の融点に比較的近い温度で、押出成形をするようになっている。この製造方法によれば、温度が融点に近いほど、押出時の圧力を高くする必要があるが、温度を高めて流動性を高めた場合に比較して、吐出口近傍において端末までしっかりと充填でき、欠損なく成形できることが確認された。

【0016】

（５）前記投入部に投入する前に、前記粉砕物を乾燥させる乾燥工程を含む（２）項から（４）項のいずれか一項に記載の基材の製造方法。

【0017】

この構成の製造方法は、特に木質系繊維など、水分を吸収し易い天然繊維に好適であり、天然繊維が持つ水分によって、基材がべたつくような事態を回避することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、繊維含有樹脂体を再利用して成形される基材において、天然繊維の焦げによる臭いを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態の基材の断面図

【図2】繊維含有樹脂体とその粉砕物を示す図

【図3】成形工程を示す平面図

【図4】成形工程を示す側面図

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態である基材１０は、デッキボード等の自動車（乗物）の内装材に用いられるものであり、それら内装材は、概して板状の本実施形態の基材１０から賦形される。本実施形態の基材１０は、平面状のものであり、粉砕物層１２と、その粉砕物層１２の周囲を覆う被覆層１４と、からなる。つまり、基材１０は、中央部分が、図１に示すように、粉砕物層１２の上面および下面の両側が、被覆層１４が積層された構成となっている。

【0021】

粉砕物層１２は、図２に示す粉砕物２０から成形される部分である。粉砕物２０は、天然繊維Ａと熱可塑性樹脂Ｂが結着した繊維含有樹脂体２２を粉砕したものである。そして、粉砕物層１２は、その熱可塑性樹脂Ｂが一旦融解されて、天然繊維Ａが分散した状態で、熱可塑性樹脂Ｂが再度凝固して成形されている。

【0022】

なお、天然繊維Ａは、特に限定されないが、例えば、植物性繊維、動物性繊維、鉱物性繊維等のうち１種又は２種以上を採用することができる。近年では、自動車の内装材には、植物性繊維が用いられるようになっており、その植物性繊維としては、ケナフ、亜麻、ヘンプ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、針葉樹（杉、檜等）、広葉樹及び綿花等の植物が有する繊維のうち、１種又は２種以上を採用することができる。また、熱可塑性樹脂Ｂとしては、特に限定されないが、ポリオレフィン系樹脂（ポリプロピレン、ポリエチレン等）、ポリエステル系樹脂（ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等の脂肪族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル樹脂）等のうち１種又は２種以上を採用することができる。なお、本実施形態においては、天然繊維Ａはケナフであり、熱可塑性樹脂Ｂは、ポリプロピレンとされている。

【0023】

一方、被覆層１４は、熱可塑性樹脂Ｃから形成される。その熱可塑性樹脂Ｃは、粉砕物２０に含まれる熱可塑性樹脂Ｂと同一のものであってもよく、異なるものであってもよい。この熱可塑性樹脂Ｃも、熱可塑性樹脂Ｂと同様に、ポリオレフィン系樹脂（ポリプロピレン、ポリエチレン等）、ポリエステル系樹脂（ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等の脂肪族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル樹脂）等のうち１種又は２種以上を採用することができる。なお、本実施形態においては、熱可塑性樹脂Ｃは、ポリプロピレンとされている。

【0024】

次に、本実施形態の基材１０の製造方法を説明する。まず、基材１０を製造する準備工程として、粉砕物２０と、被覆層１４を形成する熱可塑性樹脂Ｃからなる樹脂材３０とを用意する工程が行われる。この準備工程は、例えば、繊維含有樹脂体２２を粉砕する粉砕工程を含むものとすることができる。粉砕工程は、例えば、図２に示すように、規格外となった基材２２ａ、基材から成形体を成形した際に出た端材２２ｂ、および、リサイクルにより回収された車両用内装材２２ｃなどを、粉砕して粉砕物２０を得る工程である。なお、繊維含有樹脂体２２を粉砕する方法は、特に限定されず、本実施形態においては、粉砕機によってある程度の大きさ（５ｍｍ前後）のチップ状に粉砕される。粉砕物２０は、粉砕されたことで、含まれる天然繊維Ａは、粉砕前よりも短い長さとなる。なお、粉砕工程の後には、乾燥工程が行われ、粉砕物２０が乾燥させられる。植物性繊維であるケナフは、水分を吸収し易いため、この乾燥工程を行うことで、基材１０のべたつきを抑えることができる。

【0025】

続いて、上記の粉砕物２０および樹脂材３０を用いて、押出成形によって基材１０を成形する成形工程が行われる。成形工程には、図３および図４に示す押出成形機５０が用いられる。押出成形機５０は、３つの投入部であるホッパ５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、それら３つのホッパの各々から投入された材料を溶融させつつ押し出すスクリュー５４ａ，５４ｂ，５４ｃと、３つのスクリューからの材料を重ね合わせるシリンダ５６と、吐出口５８を有して平面状に成形する金型であるＴダイ（ハンガーダイ）６０と、を含んで構成される。

【0026】

シリンダ５６は、第１スクリュー５４ａ，第２スクリュー５４ｂ，第３スクリュー５４ｃから送られてきた材料を、上側から順に重ね合わせるようにして下流側に送るようなっている。なお、図示は省略するが、シリンダ５６の周囲にはヒータが設けられてり、内部を流れる材料の温度を調整することができる。

【0027】

Ｔダイ６０は、幅方向に長い長孔状の吐出口５８を有しており、その吐出口５８から押し出される材料を、平板状に形成するものである。なお、このＴダイ６０は、幅方向（押出方向に交差する方向）における中央部と両側の端部との各々において、それぞれ内部を流れる材料の温度を独立して調整することができるようになっている。

【0028】

そして、本実施形態の基材１０の製造方法においては、図３に示すように、第１ホッパ５２ａと第３ホッパ５２ｃに、樹脂材３０が投入され、第２ホッパ５２ｂに、粉砕物２が投入される（投入工程）。次いで、押出成形機５０が作動させられると（押出工程）、シリンダ５６においては、粉砕物２０の熱可塑性樹脂Ｂが溶融されて天然繊維Ｂが分散した中間層と、熱可塑性樹脂Ｃが溶融した上層側の樹脂層および下層側の樹脂層が、三層に積層された状態で、Ｔダイ６０に送られる。

【0029】

そして、Ｔダイ６０からは、図１および図４に示すように、粉砕物２０からなる粉砕物層１２が、熱可塑性樹脂Ｃからなる被覆層１４によって挟まれた断面形状で押し出され、平板状の基材１０が成形されるのである。なお、幅方向における両端の各々は、流動性の高い熱可塑性樹脂のみが広がって、天然繊維Ａがほとんど含まれない状態となる。つまり、基材１０は、粉砕物層１２が、熱可塑性樹脂からなる被覆層１４によって覆われた構成となるのである。

【0030】

本実施形態の基材１０の製造方法において、天然繊維Ａが第２スクリュー５４ｂ，シリンダ５６，Ｔダイ６０において加熱されることになり、焦げが生じる虞があるが、本実施形態の製造方法によって製造される基材１０は、粉砕物層１２が被覆層１４によって覆われた構成となるため、天然繊維Ａの焦げによる臭いを抑制することができる。なお、本実施形態の基材１０は、２ｍｍ程度の厚みである粉砕物層１２に対して、被覆層１４の厚みは、１２０μｍ以上とすることができる。被覆層１４の厚みが、１２０μｍ以上であれば、天然繊維の焦げによる臭いを効果的に抑えることができる。

【0031】

また、粉砕物層１２は、天然繊維Ａを含むものの、繊維含有樹脂体２２を粉砕したことで、粉砕物２０に含まれる天然繊維の長さは短くなってしまう。そのため、粉砕物層１２は、再利用前の繊維含有樹脂体２２に比較して、剛性が低くなってしまうという問題がある。それに対して、本実施形態の基材１０は、その粉砕物層１２の両面に被覆層１４が積層されていること、換言すれば、基材１０に作用する曲げモーメントによる圧縮や引っ張りへの影響が小さい中間層に粉砕物層１２を配していることで、基材１０の剛性低下が抑えられたものとなっている。

【0032】

本実施形態において熱可塑性樹脂Ｂ，Ｃがポリプロピレンであり、押出成形機５０では、そのポリプロピレンを溶融するために、融点である約１６５℃より高い温度に加熱する。従来からポリプロピレンを用いて射出成形等によって成形体を成形する場合、ポリプロピレンの流動性を高めるために、２００℃程度まで加熱する場合が多い。それに対して、本実施形態の基材１０の製造方法においては、１７０℃～１８０℃までしか加熱しないようになっている。つまり、天然繊維Ａへの加熱温度を低下させることができるため、天然繊維Ａが焦げないようにすること、あるいは、焦げを抑えることができ、天然繊維の焦げによる臭いを、より効果的に抑えることができる。さらに言えば、押出成形機５０における加熱温度を低くするほど、押し出す圧力を高める必要があるが、加熱温度を１７０℃～１８０℃とした方が、加熱温度を２００℃まで高めて熱可塑性樹脂の流動性を高めた場合に比較して、Ｔダイ６０内で端部まで充填され、製造される基材１０の幅方向における端末に欠損等が生じ難いことが確認された。以上のことから、吐出口５８から吐出する材料の温度を、熱可塑性樹脂の融点以上で、かつ、その融点から２０℃高い温度以内に調整することが望ましいと考えられる。

【0033】

さらに、従来から粉砕物２０をマット化し、そのマットをプレス成形して平面状の基材を成形する方法が存在するが、その製造方法に比較して、本実施形態の基材１０の製造方法は、マット化する工程が不要となり、サイクルタイムの向上を図ることができる。

【0034】

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

【0035】

上記実施形態の基材１０は、粉砕物層１２が単一の層から形成されていたが、例えば、粉砕物の大きさが異なるものを用いて積層形成されていてもよい。

【0036】

上記実施形態の基材１０は、被覆層１２の厚みが１２０μｍ以上とされていたが、被覆層の厚みを１２０μｍより小さくすることも可能である。例えば、被覆層の厚みを１００μｍ程度とすることで、天然繊維の焦げによる臭いを抑えつつ、表面に天然繊維の繊維感を出した構成の基材とすることができる。

【0037】

上記実施形態において、粉砕物２０に用いる繊維含有樹脂体２２は、自動車用の規格外の基材、端材、内装材のリサイクル品とされていたが、それらに限定されず、他の乗物用の内装材や、家具・住宅建材などの繊維含有樹脂体を採用してもよい。

【符号の説明】

【0038】

１０…基材、１２…粉砕物層、１４…被覆層、２０…粉砕物、２２…繊維含有樹脂体、Ａ…天然繊維、Ｂ…熱可塑性樹脂、Ｃ…熱可塑性樹脂、３０…樹脂材、５０…押出成形機、５２…ホッパ〔投入部〕

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】