(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然繊維と第１の熱可塑性樹脂とが結合して成形された複合材の再生処理方法において、
前記天然繊維は、長さが１０ｍｍ以上の長繊維であり、
前記第１の熱可塑性樹脂は、前記天然繊維の各繊維間に含浸され、
前記複合材は、その中に占める前記天然繊維の含有率が４０〜８０重量％であり、
前記複合材をその長さが１０〜５０ｍｍとなるように破砕する破砕工程と、
破砕された前記複合材に第２の熱可塑性樹脂を投入し、加熱しながら混練する加熱・混練工程と、
混練された前記複合材を成形する成形工程と、を備え、
前記破砕工程は、前記複合材を裁断する裁断工程と、裁断された前記複合材のうち、長さが１０〜５０ｍｍの前記複合材のみを抽出する選別工程と、を有し、
前記成形工程は、混練された前記複合材をノズルから押し出す押出工程と、押し出された前記複合材を１０〜５０ｍｍの長さに切断してペレット状に成形するペレット成形工程と、を備え、
前記ペレット成形工程後のペレット状に成形された前記複合材に含まれる前記天然繊維の長さが、１０ｍｍよりも長いことを特徴とする複合材の再生処理方法。
【請求項２】
前記第２の熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、ポリスチレン、再生ポリオレフィン及び再生ポリスチレンから選択されることを特徴とする請求項１記載の複合材の再生処理方法。
【請求項３】
前記加熱・混練工程後における前記複合材の中に占める前記天然繊維の含有率が、１０〜５０重量％となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合材の再生処理方法。
【請求項４】
前記天然繊維は、セルロースを主成分とする植物性の天然繊維であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合材の再生処理方法。
【請求項５】
天然繊維と第１の熱可塑性樹脂とが結合して成形された複合材の再生処理装置であって、
前記天然繊維は、長さが１０ｍｍ以上の長繊維であり、
前記第１の熱可塑性樹脂は、前記天然繊維の各繊維間に含浸され、
前記複合材は、その中に占める前記天然繊維の含有率が４０〜８０重量％であり、
前記複合材をその長さが１０〜５０ｍｍとなるように裁断する裁断手段と、
裁断された前記複合材のうち、長さが１０〜５０ｍｍの前記複合材のみを抽出する選別手段と、
選別された前記複合材に第２の熱可塑性樹脂を投入し、加熱しながら混練する加熱・混練手段と、
混練された前記複合材を成形する成形手段を備え、
前記成形手段は、混練された前記複合材を押し出す押出ノズルと、押し出された前記複合材を１０〜５０ｍｍの長さに切断するカッターと、を備え、
前記カッターで切断された前記複合材に含まれる前記天然繊維の長さが、１０ｍｍよりも長いことを特徴とする複合材の再生処理装置。
【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合して成形された複合材の再生処理方法及び再生処理装置に係り、特に、混練成形が可能かつ強度が大となるような繊維含有率（複合材中に占める天然繊維の含有率）を有する複合材の再生処理方法及び再生処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２の排出を抑制するために、ケナフ、麻、竹といった天然繊維と熱可塑性樹脂とが結合して成形された工業製品が利用されることが増加して来た。例えば、自動車産業においては、ケナフ繊維とポリプロピレンとを結合させ、所望する形状に成形された複合材が内装材として使用されている。この複合材を製品として完成するには、平板状の材料を加熱溶融し任意の型枠に流し込んで成型したのち、周辺の不要部分をトリミングすることが必要である。そのため、不要部分が大量に発生するが、これらは複合材であることから構成材料ごとの分離・再生が困難であり、その殆どが焼却されているという課題があった。また、再生された熱可塑性樹脂や天然繊維はいずれも強度が弱いため、完成した再生材も強度不足となってしまうという課題があった。
そこで、このような課題を解決する目的で、近年、天然繊維と熱可塑性樹脂との複合材を再生するための技術が開発されており、それに関して既に発明が開示されている。
【０００３】
特許文献１には「天然繊維入り樹脂成形品の再生方法」という名称で、天然繊維入り樹脂成形品の加工時に発生する外周材等の再生方法に関する発明が開示されている。
以下、特許文献１に開示された発明について説明する。特許文献１に開示された発明は、天然繊維と熱可塑性樹脂繊維を互いに絡み合わせて加熱しプレス成形により成形される天然繊維入り樹脂成形品・当該不良成形品・当該成形加工時に発生する外周材等の再生方法であって、（１）樹脂成形品・当該不良成形品・当該成形加工時に発生する外周材などの被再生材料をフレーク状に粉砕し、（２） フレーク状に粉砕した被再生材料を、熱可塑性樹脂繊維と同系の熱可塑性樹脂で形成された通気性を備えた収容袋に収容せしめ、（３） 上記収容袋内に収容された被再生材料を当該収容袋に収容したままの状態でもって加熱ヒータ内で厚みを均し、（４） 然る後に加熱しプレス成形する、ことを特徴とする。
このような特徴を有する天然繊維入り樹脂成形品の再生方法においては、再生前の天然繊維入り樹脂成形品と同等な剛性・強度を有する樹脂成形品が再生されるという作用を有する。このため、安価に被再生材料の再生利用が容易に可能となると同時に、繰り返しリサイクルが可能となる。従って、天然繊維入り樹脂成形品を製作する場合のコストの低減化を期することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４８０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された発明においては、被再生材料を収容袋に収容することから、作業手順がやや煩雑である。そして、この収容袋に収容した状態で加熱しプレス成形することから、板状の樹脂成形品が再生されるのみである。従って、複雑な形状を有する製品の製造には更なる加工が必要であり、このような製品を容易かつ短時間で製造可能であるとは言い難い。また、被再生材料は１０ｍｍ以下の大きさに粉砕されることから、天然繊維の繊維長も１０ｍｍ以下に切断される。よって、繊維長が短いことにより成形品の強度が十分ではない可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、簡易な工程により、板状のみならず複雑な形状に容易に成形可能であるとともに、混練可能な繊維長さ及び高強度を有する複合材の再生処理方法及び再生処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る複合材の再生処理方法においては、  天然繊維と第１の熱可塑性樹脂とが結合して成形された複合材の再生処理方法において、天然繊維は、長さが１０ｍｍ以上の長繊維であり、第１の熱可塑性樹脂は、天然繊維の各繊維間に含浸され、複合材は、その中に占める天然繊維の含有率が４０〜８０重量％であり、複合材をその長さが１０〜５０ｍｍとなるように破砕する破砕工程と、破砕された複合材に第２の熱可塑性樹脂を投入し、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、を備え、破砕工程は、複合材を裁断する裁断工程と、裁断された複合材のうち、長さが１０〜５０ｍｍの複合材のみを抽出する選別工程と、を有し、成形工程は、混練された複合材をノズルから押し出す押出工程と、押し出された複合材を１０〜５０ｍｍの長さに切断してペレット状に成形するペレット成形工程と、を備え、ペレット成形工程後のペレット状に成形された複合材に含まれる天然繊維の長さが、１０ｍｍよりも長いことを特徴とする。
上記構成の複合材の再生処理方法においては、破砕工程により、被再生対象である複合材を構成する天然繊維及び第１の熱可塑性樹脂が切断される。天然繊維は、約１０ｍｍ以上の長さを有する長繊維であり、第１の熱可塑性樹脂は天然繊維の各繊維間に含浸されてバインダーとしての作用を有するものであって、例えばポリプロピレンが使用されている。また、被再生対象の複合材の中に占める天然繊維の含有率は約４０〜８０重量％である。
次に、加熱・混練工程において第２の熱可塑性樹脂を投入し、加熱しながら混練することにより、第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂が溶融され、その中に天然繊維が均等に分散される。これと同時に天然繊維間に第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂が十分に含浸されるという作用を有する。
続いて、成形工程において混練された複合材を成形することにより、再生された複合材が完成する。
なお、第２の熱可塑性樹脂とは、第１の熱可塑性樹脂に対して可溶性を有する樹脂である。この第２の熱可塑性樹脂を投入し、加熱・混練することにより、再生された複合材の成形性が向上することとなる。また、混練工程において、天然繊維と、第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂との接着強度を向上させる接着強度改良剤を付加し、再生された複合材の強度をさらに向上させても良い。この接着強度改良剤は、例えば無水マレイン酸変性ポリプロピレン（ＭＰＰ）が用いられる。
【０００８】
また、破砕工程においては、長さが１０〜５０ｍｍとなるまで複合材が繰り返し裁断される。この１０〜５０ｍｍという長さは、再生される複合材の強度低下を防止するために設定されるものである。また、天然繊維はこの複合材の中に含まれることから、裁断後の長さは複合材が裁断される長さに依存している。ただし、天然繊維は元々一定の長さを有するものの不定形状であるため、裁断後の長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に必ずしも含まれるものではない。
さらに、成形工程により、略同一形状を有する複数の複合材が短時間内に再生される。なお、これら略同一形状の複合材は、最終製品の前段階の半製品として専ら利用され、この場合には更なる溶融工程等を経ることで最終製品が完成する。
そして、押出工程により、切れ目がなく長さが不定の紐状の複合材が形成される。さらに、この複合材を１０〜５０ｍｍの長さに切断することで、複合材が射出成形原料となるペレット状に成形される。射出成形には、例えば射出成形機が用いられる。なお、このペレット成形工程までに複合材は１０〜５０ｍｍの長さに２度切断されている。これに伴い、ペレット状複合材の中に含まれる天然繊維の長さはより短縮される傾向にあるが、大部分の繊維が１０ｍｍ以下の長さとなるものではない。また、押出工程とペレット成形工程との間に、紐状の複合材を冷却する冷却工程が設けられても良い。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る複合材の再生処理方法は、請求項１記載の複合材の再生処理方法において、第２の熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、ポリスチレン、再生ポリオレフィン及び再生ポリスチレンから選択されることを特徴とする。
上記構成の複合材の再生処理方法において、ポリオレフィンとは、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等であって、一般的にはポリオレフィンに含まれないとされるポリスチレン（ＰＳ）も含まれる。また、再生ポリオレフィンは、リサイクルされたＰＥ、ＰＰ、ＥＶＡ、ＰＳ等である。これらは熱可塑性樹脂であるため、第２の熱可塑性樹脂は、複合材を構成する第１の熱可塑性樹脂との相溶性が高く、加熱によって容易に溶融されるという作用を有する。また、第２の熱可塑性樹脂は再生される複合材のバインダーとして作用し、第２の熱可塑性樹脂を投入しない場合よりも成形性が向上する。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る複合材の再生処理方法は、請求項１又は請求項２に記載の複合材の再生処理方法において、加熱・混練工程後における複合材の中に占める天然繊維の含有率が、１０〜５０重量％となることを特徴とする。
上記構成の複合材の再生処理方法においては、加熱・混練工程後における複合材の中に占める天然繊維の含有率が１０〜５０重量％となることから、再生処理前の複合材と同等又はそれ以下の繊維含有率を有する複合材が再生されるという作用を有する。
【００１１】
請求項４記載の発明に係る複合材の再生処理方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合材の再生処理方法において、天然繊維は、セルロースを主成分とする植物性の天然繊維であることを特徴とする。
上記構成の複合材の再生処理方法において、セルロースを主成分とする植物性の天然繊維とは、例えばケナフ、麻、竹、綿、バナナの葉、シュロの皮等をいう。本再生処理方法においては、これらのいずれか１種、または複数種類を混合させても良く、これにより所望する種類の天然繊維を含む複合材が再生されるという作用を有する。
【００１２】
請求項５記載の発明に係る複合材の再生処理装置は、天然繊維と第１の熱可塑性樹脂とが結合して成形された複合材の再生処理装置であって、天然繊維は、長さが１０ｍｍ以上の長繊維であり、第１の熱可塑性樹脂は、天然繊維の各繊維間に含浸され、複合材は、その中に占める前記天然繊維の含有率が４０〜８０重量％であり、複合材をその長さが１０〜５０ｍｍとなるように裁断する裁断手段と、裁断された複合材のうち、長さが１０〜５０ｍｍの複合材のみを抽出する選別手段と、選別された複合材に第２の熱可塑性樹脂を投入し、加熱しながら混練する加熱・混練手段と、混練された複合材を成形する成形手段を備え、成形手段は、混練された複合材を押し出す押出ノズルと、押し出された複合材を１０〜５０ｍｍの長さに切断するカッターと、を備え、カッターで切断された複合材に含まれる天然繊維の長さが、１０ｍｍよりも長いことを特徴とする。
上記構成の複合材の再生処理装置において、「裁断手段」とは、例えば回転刃または固定刃により連続的に剪断破砕を行なう破砕機をいい、「選別手段」とは、篩目の大きさが１０〜５０ｍｍの、例えばスクリーン等をいう。さらに、「加熱・混練手段」とは、例えば回転可能なロータ等を備えて複合材を混練可能であるとともに加熱温度を調整可能な連続混練機等をいう。
そして、「押出ノズル」は、切れ目がなく長さが不定の紐状の複合材を形成し、その口径は調整可能である。そして、「カッター」は例えばペレタイザーであって、長さが不定の複合材を所望する長さに切断可能な構造である。また、押出ノズルとカッターとの間に、紐状の複合材を冷却する冷却手段が設けられても良い。
なお、これらの「裁断手段」、「選別手段」、「加熱・混練手段」、「成形手段」は、それぞれ別体であって互いに連結された構造であっても良く、あるいはこれらのいずれか又はすべてが一体的に組み合わされた構造であっても良い。
このような構成の複合材の再生処理装置においては、１０〜５０ｍｍの長さに抽出された複合材に対し、第２の熱可塑性樹脂の投入量や、混練温度、射出圧力、押出ノズルの口径等を調整することで、天然繊維を含み、多様な形状や繊維含有率、強度を有する複合材が再生されるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１記載の複合材の再生処理方法によれば、複合材の破砕工程と、加熱・混練工程と、成形工程と、のわずか３工程から構成されるため、全体的に簡易であり、容易かつ低コストでの複合材の再生が可能となる。従って、現在殆ど焼却されている複合材の再利用が可能となるため、資源の利用効率の向上や焼却によるＣＯ２の発生を抑制することができる。
次に、再生された複合材は、溶融した第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂の中に天然繊維が均等に分散されることから、複合材の強度や弾性率が均一となる。すなわち、良好な品質の複合材が再生される。さらに、天然繊維間に第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂が十分に含浸されることから、繊維表面がこれらの樹脂に被覆され、混練による繊維の損傷が抑制される。
また、第２の熱可塑性樹脂や接着強度改良剤の投入・混練によって、再生された複合材の成形性が向上するため、破砕工程以降の混練や成形が容易となる。
【００１４】
さらに、本発明の請求項１記載の複合材の再生処理方法によれば、長さが１０〜５０ｍｍとなるまで複合材が繰り返し裁断されたものが抽出されるため、混練工程における加熱の際にそれぞれの複合材の小片が時間的に揃って溶解する。よって、均等に溶解されることからその後の混練が容易となり、混練の時間的効率を良好にすることができるとともに、均一に天然繊維が分散した複合材を再生可能である。また、天然繊維の裁断後の長さは複合材が裁断される長さに依存していることから、天然繊維の長さをある程度規定することができるので、再生された複合材の強度を制御可能である。
加えて、成形工程により複数の複合材が短時間内に再生されるため、複合材の生産効率が良好である。さらに、これらの複合材は略同一形状であるので、更なる溶融工程において熱の伝達がそれぞれ均等であり、全体的に天然繊維が均一に分散された半製品が完成する。この半製品は再度成形されることから、所望する形状の最終製品を製造することができる。すなわち、板状以外の形状を自在に製造可能である。
そして、ペレット状の複合材が完成するため、任意の量の複合材をその後の加工に使用することができる。従って、多様な形状や大きさの最終製品を製造することが可能である。さらに、ペレット状であるため、最終製品と比較して輸送する際に厳重な梱包が必要とならず、輸送の手間とコストを削減することができる。
また、複合材が２回切断されることによって大部分の天然繊維が１０ｍｍ以下の長さとなるものではないため、圧縮成形された複合材と比較してもペレット状の複合材はこれと同等な強度を有している。
【００１５】
本発明の請求項２記載の複合材の再生処理方法によれば、第２の熱可塑性樹脂はポリオレフィン等である。また、被再生対象の複合材は一部が第１の熱可塑性樹脂であるため、加熱によってこれらを容易に溶融することができる。そのため、再生された複合材が熱可塑性を有するものであるから、加熱・冷却を繰り返すことが可能である。よって、複合材は一度のみならず複数回の再生が可能となる。なお、加熱・冷却を繰り返すと、第１の熱可塑性樹脂の劣化が懸念されるが、第２の熱可塑性樹脂の投入量や種類を調節することで劣化による強度低下等の不利益を補うことができる。
また、使用されるポリオレフィンのうち、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンは汎用樹脂であって比較的安価であることから、コスト的な負担が少なく、容易に本請求項記載の複合材の再生処理方法を導入可能である。
【００１６】
本発明の請求項３記載の複合材の再生処理方法によれば、再生処理前の複合材と同等又はそれ以下の繊維含有率を有する複合材が再生されるため、強度の点で再生処理前と遜色のない複合材を再生することが可能である。
【００１７】
本発明の請求項４記載の複合材の再生処理方法によれば、再生可能な天然繊維の組み合わせが多岐に亘っており、所望する種類の天然繊維を含む複合材を再生することが可能である。
【００１８】
本発明の請求項５記載の複合材の再生処理装置によれば、「裁断手段」〜「成形手段」には、通常一般的に使用される装置が用いられていることから、既存の設備を利用することが容易な場合が多い。また、多様な形状や繊維含有率、強度を有する複合材が再生されることから、様々な特徴や品質を備えた複合材を再生することが可能である。従って、市場における多様な要求に細かく対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】は、実施例に係る複合材の再生処理方法の工程図である。
【図２】は、実施例１に係る再生された複合材の実物写真である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例７に係る再生された複合材の表面及び裏面の実物写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態に係る複合材の再生処理方法について、図１を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る複合材の再生処理方法の実施例の工程図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施例に係る再生複合材Ｃ２、Ｃ３の再生処理方法は、ステップＳ１の破砕工程、ステップＳ２の加熱・混練工程、ステップＳ３の成形工程、を備える。このうち、ステップＳ１の破砕工程には、ステップＳ１−１の裁断工程、ステップＳ１−２の選別工程、が含まれる。また、ステップＳ３の成形工程はステップＳ４の射出・成形工程またはステップＳ５の圧縮・成形工程のいずれかであって、このうちステップＳ４の射出・成形工程には、ステップＳ４−１の押出工程、ステップＳ４−２のペレット成形工程、ステップＳ４−３の射出成形工程、が含まれる。一方のステップＳ５の圧縮・成形工程には、ステップＳ５−１の押出工程、ステップＳ５−２の圧縮成形工程が含まれる。
複合材Ｃ１は、第１の熱可塑性樹脂が天然繊維を材料とした不織布を含浸して成り、板状に圧縮成形されたものである。その中に占める天然繊維の含有率は、約４０〜８０重量％である。
第１の熱可塑性樹脂は、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等であり、不織布のバインダーとして作用している。また、天然繊維を含浸し易くするため、メルトフローインデックス（ＭＦＩ）は５０ｇ／１０ｍｉｎ程度の溶融粘度の低いものが用いられている。
また、天然繊維は、例えばケナフ、麻、竹、綿等であり、繊維長が１０ｍｍ以上を有する長繊維である。
【００２２】
ステップＳ１の破砕工程では、ステップＳ２の加熱・混練工程において混練し易いように、板状の複合材Ｃ１を小片に破砕する。
【００２３】
ステップＳ１−１の裁断工程では、複合材Ｃ１の長さが１０〜５０ｍｍとなるように裁断される。具体的には、例えば回転刃または固定刃により連続的に剪断破砕を行なう破砕機に複合材Ｃ１を投入し、裁断する。当然に、複合材Ｃ１に含まれる長繊維である天然繊維も裁断され、裁断後の長さは複合材Ｃ１の長さよりもやや短いものとなる。ただし、大部分の繊維が１０ｍｍ以下の長さとなるものではない。また、天然繊維は不織布であり繊維がランダムに配列されていることから、裁断後の長さが１０〜５０ｍｍの範囲に必ずしも含まれるものではない。
【００２４】
ステップＳ１−２の選別工程では、ステップＳ１−１で裁断された複合材Ｃ１の小片が篩目の大きさが１０〜５０ｍｍを有するスクリーン等によって抽出され、長さが１０〜５０ｍｍを有する小片のみが選別される。５０ｍｍより長い複合材Ｃ１の小片は、ステップＳ１−１の裁断工程に戻され、再度裁断される。また、長さが１０ｍｍより短い複合材Ｃ１の小片は、以降の工程に送られることはない。このように、投入された複合材Ｃ１の裁断と選別を繰り返すことで、長さが１０〜５０ｍｍを有する小片が形成され、以降の工程へ送られる。
【００２５】
ステップＳ２の加熱・混練工程では、選別された複合材Ｃ１の小片に第２の熱可塑性樹脂Ｒを投入し、例えば連続混練機を用いて加熱しながら混練する。第２の熱可塑性樹脂Ｒは、ポリオレフィンであるＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＥＶＡ等の他、再生されたＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＥＶＡ等である。第２の熱可塑性樹脂Ｒの投与量は、混練後の複合材の中に占める天然繊維の含有率が１０〜５０重量％となるように決定される。さらに、第２の熱可塑性樹脂ＲのＭＦＩは、複合材Ｃ１を構成する第１の熱可塑性樹脂と同等であることが望ましいが、１０〜６０ｇ／１０ｍｉｎ程度である。なお、加熱温度は自在に調整可能であり、繊維の劣化を防止するためには２００℃以下が望ましく具体的には１８５〜１９０℃である。なお、天然繊維と、第１の熱可塑性樹脂または第２の熱可塑性樹脂Ｒとの接着強度を向上させる接着強度改良剤を付加しても良い。この接着強度改良剤は、例えば無水マレイン酸変性ポリプロピレン（ＭＰＰ）が用いられる。付加される量は、複合材Ｃ１に含まれる樹脂量の３重量％程度である。
そして、加熱により、複合材Ｃ１の第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂Ｒが溶融されて一体化し、同時に行われる混練により天然繊維はこれらの中に均等に分散される。すなわち、天然繊維間に複合材Ｃ１の第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂Ｒが十分に含浸される。
【００２６】
ステップＳ３の成形工程では、ステップＳ２の加熱・混練工程で混練された複合材が、ステップＳ４の射出・成形工程またはステップＳ５の圧縮・成形工程のいずれかにより、それぞれ半製品または最終製品として形成される。
【００２７】
ステップＳ４の射出・成形工程では、ステップＳ２の加熱・混練工程で混練された複合材をペレット状に成形して、半製品として再生複合材Ｃ２が製造される。
【００２８】
ステップＳ４−１の押出工程では、混練された複合材を射出成形機に投入し、加熱・混練工程における温度を維持しながら、射出成形機に備えられた押出ノズルから押し出す。これにより、切れ目がなく長さが不定の紐状の複合材が形成される。なお、押出ノズルの射出圧力は調整可能であって、例えば１〜４ＭＰａ程度に設定されている。また、その具体的な口径は、２〜６ｍｍである。
【００２９】
ステップＳ４−２のペレット成形工程では、ステップＳ４−１の押出工程で形成された紐状の複合材を、ペレタイザー等を用いて一定長さに切断する。この一定長さは１０〜５０ｍｍの範囲で任意に調整可能である。なお、複合材Ｃ１は、ステップＳ１−１の裁断工程及び本工程により、合わせて２回切断されることになる。このような切断を繰り返すと天然繊維の長さが短縮される傾向にあるが、例えば、ステップＳ１−１の裁断工程において５０ｍｍの長さに裁断し、本工程において１０ｍｍの長さに切断すれば、１０ｍｍよりも短い繊維の割合が増加することが防止される。なお、ステップＳ４−１の押出工程とステップＳ４−２のペレット成形工程との間に、紐状の複合材を冷却する冷却工程が設けられても良い。
【００３０】
ステップＳ４−３の射出成形工程では、ステップＳ４−２のペレット成形工程で成形されたペレット状の複合材を射出成形機に投入することで、半製品としての再生複合材Ｃ２が製造される。
【００３１】
ステップＳ５の圧縮・成形工程では、ステップＳ２の加熱・混練工程で混練された複合材を圧縮成形することで最終製品として再生複合材Ｃ３が製造される。
【００３２】
ステップＳ５−１の押出工程では、ステップＳ２の加熱・混練工程で混練された複合材を任意の形状を有する型枠に注出する。
【００３３】
ステップＳ５−２の圧縮成形工程では、型枠に注出した複合材を圧縮成形機で加圧し、一定形状に成形する。加圧力は、１〜１０ＭＰａ程度である。
【００３４】
このように構成された本実施の形態においては、ステップＳ１の破砕工程と、ステップＳ２の加熱・混練工程と、ステップＳ３の成形工程という簡易な工程により、天然繊維を含む複合材Ｃ１を再生複合材Ｃ２，Ｃ３として再生することができる。従って、近年ＣＯ２の削減の観点から注目されている天然繊維を多く含む複合材Ｃ１の再利用が、容易かつ低コストに可能となるとともに、廃棄物を減少することができる。
また、いずれの工程においても、破砕機、連続混練機、射出成形機、ペレタイザー及び圧縮成形機といった一般的な設備を用いていることから設備費が特に負担となることはなく、また既設の処理施設に対してもわずかな改造により導入が可能である。
【００３５】
上記の工程のうち、ステップＳ１の破砕工程においては、天然繊維の裁断後の長さは、複合材Ｃ１の長さ１０〜５０ｍｍよりもやや短いが、大部分の天然繊維が１０ｍｍ以下の長さとなるものではないことから、再生複合材Ｃ２，Ｃ３の大幅な強度低下を防止することができる。
【００３６】
そして、ステップＳ２の加熱・混練工程においては、複合材Ｃ１に対し、第２の熱可塑性樹脂Ｒとして熱に対する溶解性が高いポリオレフィンまたは再生ポリオレフィンが投入される。よって、加熱により速やかに複合材Ｃ１と第２の熱可塑性樹脂Ｒを混合することができる。
また、加熱・混練により溶融された複合材Ｃ１の第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂Ｒの中に天然繊維が均等に分散されるとともに繊維間にこれらの樹脂が含浸する。従って、天然繊維が集中するために樹脂が含浸していない部分が存在しないことから、局所的な強度不足を防止可能である。この効果は、小型の再生複合材を製造する場合、特に有効である。
加えて、接着強度改良剤を付加することで、再生複合材Ｃ２，Ｃ３の強度をさらに向上させることができる。
【００３７】
次に、ステップＳ３の成形工程においては、ステップＳ４の射出・成形工程またはステップＳ５の圧縮・成形工程のいずれかを選択可能なため、ペレット状の半製品である再生複合材Ｃ２または最終製品である再生複合材Ｃ３のいずれかを用途に合わせて選択することができる。なお、再生複合材Ｃ２においては、切断が２回行われるため天然繊維の長さは複合材Ｃ１よりも短縮される傾向にあるが、各切断の長さを組み合わせることで、繊維の長さが過剰に短縮することが回避され、再生複合材Ｃ２が複合材Ｃ１と同等の強度を備えることが可能である。
以下、本実施の形態に係る複合材の再生処理方法について実施例を挙げて説明する。
【００３８】
次に、具体的な実施例及び比較例の構成を説明する。もちろん、本例示により本願発明が制限されるものではない。
まず、実施例の構成を有する複数個の試料片を作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行って試験結果を得た。試料片は、ポリプロピレンペレット（ＭＦＩ＝５５ｇ／１０ｍｉｎ）と天然繊維（ケナフ）を混合し、ステップＳ１の破砕工程〜ステップＳ４−１の押出工程により作成した。各試験は、試料片の中に占める天然繊維の含有率を変化させた複数種類の試料について行った。なお、試料片の形状は下記のＪＩＳ規格に規定される各形状に従うものである。また、比較例として上記のポリプロピレンペレットを使用した。
【００３９】
各試験は以下のＪＩＳ規格に規定される方法に従って実施した。
（１）引張試験（表１参照）
ＪＩＳ  Ｋ  ７１６２に準拠し１ＢＡ形小型試験片で試験を行った。
（２）曲げ試験（表２参照）
ＪＩＳ  Ｋ  ７１７１に準拠して実施した。
（３）シャルピー衝撃試験（表３参照）
ＪＩＳ  Ｋ  ７１１１−１に準拠し試験片タイプ１でノッチ付き、エッジワイズで実施した。
以下に、これらの試験結果を示す。なお、表１〜表３中の値はいずれも、前述のＪＩＳ規格において定義される値であり、複数個の試料片についての平均値である。
【００４０】
【表１】
0005998330.tif 000002
【００４１】
【表２】
0005998330.tif 000003
【００４２】
【表３】
0005998330.tif 000004
【００４３】
表１に示されるとおり、引張試験では、実施例の最大強度及び弾性率はいずれも比較例より高い値となっている。また、実施例のうち、繊維含有率が大となるほど最大強度及び弾性率が上昇する傾向となっている。
次に、表２に示されるとおり、曲げ試験においても、上記と同様な傾向となった。
さらに、表３に示されるとおり、シャルピー衝撃試験においては、ＭＰＰ濃度０重量％，繊維含有率２５重量％のケナフを含有する試料が最大の衝撃値を示している。これにより、繊維含有率を増加させる際に上限が存在することが理解される。加えて、表１〜表３のいずれの実施例においても、実施例の衝撃値はいずれも比較例より高い値となっている。また、実施例のうち、同繊維含有率の場合にＭＰＰを付加することで最大強度は向上するが、衝撃値はかえって低下する結果となった。そして、再成形をした場合では、これをしない場合と比較して最大強度及び衝撃値はやや減少しているものの、ほぼ同等の値となった。
以上の結果から、ケナフを含有する試料は、これを含有しないポリプロピレンペレットよりも強度、弾性率、衝撃値が向上しており、総合的に優れた性質を有していると言える。また、繊維含有率やＭＰＰの有無については、様々な用途に適するよう成分を適宜調整すると良いことが分かる。
【実施例１】
【００４４】
本発明の実施の形態に係る複合材及び試験結果について、図２を用いて詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る再生複合材ペレットの実物写真である。
繊維含有率３０重量％のケナフを含有する複数個の再生複合材ペレットを作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行って試験結果を得た。実施例１に係る再生複合材ペレットは、ケナフ複合材（繊維含有率約５５重量％）と、第２の熱可塑性樹脂として再生ポリオレフィンペレットを混合し、ステップＳ１の破砕工程〜ステップＳ４−３の射出成形工程により作成した（図２参照）。なお、再生複合材ペレットは、直径が４ｍｍであり、ステップＳ１−１の裁断工程、ステップＳ４−２のペレット成形工程においてケナフ複合材をいずれも長さ１５ｍｍに切断している。
また、再生ポリオレフィンペレットは、主成分がポリエチレン、ポリピロピレンであり、この他にも少量のポリスチレン、ポリエチレンテレフタレートを含んでいる。そして、ＭＦＩは１０〜２０ｇ／１０ｍｉｎ程度である。
比較例として再生ポリオレフィンペレットを使用した。その結果を表４に示す。なお、表４中の値はいずれも、前述のＪＩＳ規格において定義される値であり、複数個の再生複合材ペレットについての平均値である。
【実施例２】
【００４５】
実施例１の再生複合材ペレットを再成形して実施例２に係る複数個の再生複合材ペレットを作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行って試験結果を得た。その結果を表４に示す。
【００４６】
【表４】
0005998330.tif 000005
【００４７】
表４に示されるとおり、実施例１によれば、引張試験、曲げ試験における強度は比較例に対し、それぞれ約２９％、９２％向上している。また、引張試験、曲げ試験における変動係数（強度標準偏差（ＭＰａ）／強度（ＭＰａ）×１００（％））は比較例に対し、それぞれ１．９％、３．５％となった。これらは十分に小さい値であることから、複数の実施例１に係る再生複合材ペレット毎のばらつきはわずかであり、均質化していることが分かる。また、シャルピー衝撃試験における衝撃値は、約５０％減となっている。
また、実施例２によれば、引張試験、曲げ試験における強度は、実施例１と同等の値を示しており、再成形による強度低下はわずかであった。
【実施例３】
【００４８】
繊維含有率２５重量％のケナフを含有する複数個の再生複合材ペレットを作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行い、試験結果を得た。この他の構成は実施例１に係る再生複合材ペレットと同様である。比較例として表４の再生ポリオレフィンペレットを使用した。その結果を表５に示す。なお、表５中の値はいずれも、前述のＪＩＳ規格において定義される値であり、複数個の再生複合材ペレットについての平均値である。
【実施例４】
【００４９】
実施例３の再生複合材ペレットを再成形して実施例４に係る複数個の再生複合材ペレットを作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行って試験結果を得た。また、比較例として表４の再生ポリオレフィンペレットを使用した。その結果を表５に示す。
【実施例５】
【００５０】
繊維含有率２５重量％のケナフ及び濃度２重量％のＭＰＰを含有する複数個の再生複合材ペレットを作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行って試験結果を得た。この他の構成は実施例１に係る再生複合材ペレットと同様であり、比較例として表４の再生ポリオレフィンペレットを使用した。その結果を表５に示す。
【実施例６】
【００５１】
実施例５の再生複合材ペレットを再成形して実施例６に係る複数個の再生複合材ペレットを作成し、それぞれ引張試験、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行って試験結果を得た。また、比較例として表４の再生ポリオレフィンペレットを使用した。その結果を表５に示す。
【００５２】
【表５】
0005998330.tif 000006
【００５３】
表５に示されるとおり、実施例３によれば、引張試験、曲げ試験における強度は比較例に対し、それぞれ約２５％、７３％向上している。また、引張試験、曲げ試験における変動係数は比較例に対し、それぞれ４．３％、１．４％となった。このことから、複数の実施例３に係る再生複合材ペレット毎のばらつきはわずかであり、均質化していることが分かる。
また、実施例４によれば、引張試験、曲げ試験における強度及びシャルピー衝撃試験における衝撃値は、実施例３と同等の値を示しており、再成形による強度及び衝撃値の低下はわずかであった。
【００５４】
表５に示されるとおり、実施例５によれば、引張試験、曲げ試験における強度は比較例に対し、それぞれ約２４％、７９％向上している。
また、実施例６によれば、引張試験、曲げ試験における強度は、実施例５と同等の値を示しており、再成形による強度の低下はわずかであった。
【実施例７】
【００５５】
本発明の実施の形態に係る再生された複合材及び試験結果について、図３を用いて詳細に説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ実施例７に係る再生複合材ボンベ台の表面及び裏面の実物写真である。
繊維含有率２７重量％のケナフを含有する複数の再生複合材ボンベ台を作成して曲げ試験及び圧縮試験を行い、試験結果を得た。実施例７に係る再生複合材ボンベ台は、ケナフ複合材（繊維含有率約５５重量％）と、第２の熱可塑性樹脂として実施例１で使用したと同一の再生ポリオレフィンペレットを１：１の割合で混合して繊維含有率が約２７重量％に調整されたものであり、ステップＳ１の破砕工程〜ステップＳ５−２の圧縮成形工程により作成した。なお、ステップＳ１−１の裁断工程においては、ケナフ複合材を長さ３０ｍｍに切断した。また、再生複合材ボンベ台の大きさは約４００ｍｍ×４００ｍｍ×３５ｍｍであり、図３（ａ）に示すように表面に放射状の溝部を備え、図３（ｂ）に示すように裏面には格子状にリブを備えている。
試験は、ボンベ台全体を約１／２の面積となるように厚さ方向に沿って分割した分割片、表面の平板部、裏面のリブ交差部について実施した。このうち、分割片、表面の平板部については曲げ試験を実施し、裏面のリブ交差部については圧縮試験を実施した。使用した圧子は、分割片及び平板部が２０ｍｍ径の鉄棒であり、リブ交差部では１２０ｍｍ径の円形平板である。また、比較例として再生ポリオレフィンから構成される従来材料を使用した。その結果を表６に示す。なお、表６中の値はいずれも、前述のＪＩＳ規格において定義される値であり、複数個の再生複合材ボンベ台についての平均値である。
【００５６】
【表６】
0005998330.tif 000007
【００５７】
表６に示されるとおり、実施例７によれば、分割片、平板部、リブ交差部における最大点荷重は、比較例に対し、それぞれ同等程度、約８０％向上、約５５％向上している。なお、分割片では、裏面のリブ交差部が大きく破断していた。これは、リブ交差部に応力が集中したことによるものであるが、このような最大点荷重の減少は、格子部分の曲げ半径を変化させることで改善されると予想される。
また、分割片、平板部、リブ交差部における弾性率は、それぞれ約２２５％、３７０％、１７５％程度向上していた。
【００５８】
以上から、実施例１乃至実施例６に係る再生複合材ペレット及び実施例７に係る再生複合材ボンベ台は、いずれも強度及び弾性率が比較例よりも向上し、特に弾性率は飛躍的に向上している結果となった。また、実施例１、実施例３及び実施例４に係る再生複合材ペレットが均質化されていることから、天然繊維が第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂に十分混練された状態が表わされている。これは、逆に言えば、天然繊維が混練に適した長さに切断されていることを示すものである。
従って、本発明は、混練可能な繊維長さ及び高強度を有する複合材の再生処理方法及び再生処理装置を提供するという課題を十分に解決するものである。
【００５９】
なお、本発明に係る複合材の再生処理方法及び再生処理装置は本実施例に示すものに限定されない。例えば、天然繊維は、セルロースを主成分とする植物性であれば特に限定されず、麻、竹、綿、バナナの葉、シュロの皮等が用いられても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
請求項１乃至請求項５に記載された発明は、天然繊維と熱可塑性樹脂とが結合して成形された複合材の再生処理方法及び再生処理装置として適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｃ１…複合材  Ｃ２，Ｃ３…再生複合材  Ｒ…第２の熱可塑性樹脂
【図１】
0005998330.tif 000008
【図２】
0005998330.tif 000009
【図３】
0005998330.tif 000010