使用了植物材料的壓縮成型品的制造方法

專利名稱：使用了植物材料的壓縮成型品的制造方法
技術領域：
本發明涉及將樹木或竹子等植物的粉碎物用作主原料的壓縮成型品及其制造方法，尤其涉及適于電子設備的殼體的壓縮成型品及其制造方法。
背景技術：
近年來，以石油為代表的化石資源被大量消耗，這些化石資源有枯竭的危險。另夕卜，伴隨著化石資源的大量消耗而產生大量的二氧化碳，這被認為是地球變暖的原因。雖然現在很多制品仍使用石油類樹脂，但是鑒于上述問題，在全世界范圍內出現了使用聚乳酸等植物類樹脂代替石油類樹脂的動向。聚乳酸從玉米等植物中提煉出，廢棄后由土中的微生物分解為水和二氧化碳。另夕卜，在焚燒聚乳酸時，也生成水和二氧化碳。這些二氧化碳通過光合作用被植物獲取，用于植物的生長。這樣，聚乳酸等植物類樹脂是環保的循環型的材料。近年來，提出有筆記本電腦(PC)或便攜式電話等電子設備的殼體也使用聚乳酸等植物類樹脂的方案(例如專利文獻I)。但是，聚乳酸等植物類樹脂通常彎曲強度等剛性強，但艾氏(Izod)沖擊強度等耐沖擊性不足，而且載荷撓曲溫度等耐熱性低，因此難以單獨用于電子設備的殼體。因此，研究使用將植物類樹脂和石油類樹脂混合后的樹脂來形成電子設備的殼體的方案(例如專利文獻2)。另外，作為使用了植物材料的構件有木質板(也稱為硬質纖維板)(例如專利文獻
3、4)。木質板是粉碎木材而形成的，或者是使木材成為薄的紙狀后而形成的，或者是使廢紙等(以下稱為“粉碎物等”)浸入粘接劑(結合劑)然后進行壓縮及層疊而形成的，該木質板具有比較硬且剛性強的特點。其中，在木質板中，使用石油類的粘接劑或溶剤，有的比例超過30%。另外，木質板中由于作為原料的粉碎物等的大小差別很大，所以不適合精密加工。而且，由于要求筆記本電腦等電子設備的殼體具有UL標準所規定的阻燃性，所以很難將木質板就此用于電子設備的殼體。如上所述，以往，難于僅由植物材料制造強度高且加工精度高的成型品，即使在使用植物材料時也需要使用很多的石油類樹脂。因此，希望出現不使用石油類樹脂，或者少量使用石油類樹脂就能夠得到的成型品及其制造方法。專利文獻I JP特開2001-244645號公報；專利文獻2 JP特開2006-182994號公報；專利文獻3 JP特許第2888153號；專利文獻4 JP特許第2580522號
發明內容
本發明的目的在于提供一種不使用石油類樹脂或少量使用石油類樹脂就能夠得到的、機械強度高且適于電子設備的殼體的使用了植物材料的壓縮成型品及其制造方法。根據本發明的一個觀點，提供一種壓縮成型品，其特征在于，具有植物粉碎物；從所述植物粉碎物析出的粘接成分。另外，根據本發明的另一個觀點，提供一種壓縮成型品的制造方法，其特征在于，包括粉碎植物而得到植物粉碎物的工序；通過對所述植物粉碎物一邊加熱一邊施加壓力來使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的加壓成型工序。而且，根據本發明的另一個觀點，提供一種壓縮成型品的制造方法，其特征在于，包括粉碎植物而得到植物粉碎物的工序；向所述植物粉碎物施加壓力而形成暫時成型體的第一加壓成型工序；通過對所述暫時成型體一邊加熱一邊施加壓力，來使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的第二加壓成型工序。
在本發明中，粉碎例如樹木或竹子等植物來制成作為原料的粉碎物。然后，將該粉碎物放入模具中，一邊將溫度加熱至例如160 250°C—邊以30MPa 300MPa的壓力進行壓縮來制造成型品。在該壓縮工序中，從粉碎物使木質或半纖維素等成分在軟化的狀態下析出，將這些成分作為天然的粘接劑發揮作用，使粉碎物相互牢固粘合而一體化，從而得到規定形狀的壓縮成型品。這樣制造的壓縮成型品不含有石油類粘接劑等，在廢棄后回歸自然，不破壞環境。另外，質量輕并且機械強度高，尺寸精度也良好。此外，為了提高壓縮成型品的強度，可以在粉碎物中添加無機物或植物纖維。另夕卜，根據需要，也可以添加可塑劑、耐老化性改善劑(weather resistance improver)、防氧化劑、熱穩定劑、光穩定劑、紫外線吸收劑、潤滑劑、分型劑、顏料、著色劑、防帶電劑、香料、發泡劑、抗菌劑以及抗霉劑，還可以添加石油類粘接劑等。而且，為了產生阻燃性，可以使阻燃劑浸入使粉碎物或粉碎物暫時成型而得到的暫時成型體中，然后實施加壓成型工序。


圖I是表示本發明第一實施方式的壓縮成型品的制造方法的流程圖。圖2是按工序表示第一實施方式的壓縮成型品的制造方法的示意圖。圖3是表示筆記本電腦的殼體用部件(蓋部)采用第一實施方式的壓縮成型品的例子的立體圖。圖4是表示便攜式電話的殼體用部件采用第一實施方式的壓縮成型品的例子的圖。圖5是表示本發明第二實施方式的壓縮成型品的制造方法的流程圖。
具體實施例方式下面參照

本發明的實施方式。(第一實施方式)圖I是表示本發明第一實施方式的壓縮成型品的制造方法的流程圖，圖2是按工序表示該制造方法的示意圖。
首先，將作為原料的樹木或竹子(以下稱為“木材等”)粉碎而得到微粒直徑(平均微粒直徑)例如為5 100 μ m的粉碎物(以下也稱為“木粉”)(步驟Sll)。作為原料的樹木或竹子的種類不特別限定，能夠使用杉樹、絲柏、山毛櫸、梧桐樹、櫸樹、槭樹、桑樹、樟樹、抱櫟、榆樹、竹子的心材或表皮等。另外,也可以混合使用多種木材等的粉碎物。在制作電子設備的殼體時，為了確保加工精度以及均勻性，優選如上述那樣使木粉的平均微粒直徑為5 ΙΟΟμπι。但是，根據用途的不同微粒直徑也可以偏出上述范圍。接著，如圖2中的(a)所示，將木粉填充在第一模具11內，使模具溫度例如達到100 250°C，使壓力例如為30MPa 300MPa，來實施第一加壓成型工序(步驟S12)。該第一加壓成型工序是使木粉彼此之間暫時成型為松弛結合的狀態的工序，在能夠維持成型體的形狀的程度的溫度條件以及壓力條件下實施。若第一加壓成型工序中的溫度條件以及壓力條件過高，則出現在接著的阻燃劑浸入工序中不能夠使成型體中浸入阻燃劑的問題。下面將在第一加壓成型工序中成型的成型體稱為暫時成型體12。接著，從第一模具11中取出暫時成型體12，在其表面使阻燃劑浸入(步驟S13)。例如如圖2中的(b)所示，在該阻燃劑浸入工序中，使暫時成型體12浸潰在液態的阻燃劑13中即可。另外，也可以通過對阻燃劑進行加熱，使其蒸汽接觸暫時成型體12，從而從暫時成型體12的表面浸入阻燃劑。使阻燃劑較淺地浸入并使得阻燃劑在暫時成型體12的表面附近濃度最高即可，不必使阻燃劑浸透至中心部。作為阻燃劑例如可以使用硼類的水溶液。在硼類阻燃劑中例如有聚硼酸鈉(硼酸離子聚合體鹽)及硼酸鋅等。作為硼類以外的阻燃劑，例如有磷酸酯或三嗪化合物等有機類阻燃劑。作為磷酸酯例如能夠使用磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、酚醚磷酸酯或聚磷酸銨等。另外，作為三嗪化合物例如能夠使用三聚氰胺氰酸酯、三異氰酸酯等。接著，如圖2中的(C)所示，將在表面浸入有阻燃劑的暫時成型體12配置在第二模具14內，在比第一加壓成型工序高的條件下實施第二加壓成型工序。第二加壓成型工序中的模具溫度例如為160 250°C，成型壓力例如為50 500Pa(步驟S14)。在該第二加壓成型工序中，使木質或半纖維素等成分在軟化的狀態下從構成暫時成型體12的木粉中析出。而且，這些成分作為天然的粘接劑(粘合劑)發揮作用，從而第二模具14內的木粉被相互牢固地結合而一體化，由此得到規定形狀的壓縮成型品15。該第二加壓成型工序中的模具溫度以及成型壓力按照作為原料使用的木材等的種類或用途適當決定即可，但需要設定成如上所述從木粉析出成為粘接劑的成分而使模具內的木粉一體化那樣的溫度以及壓力。接著，如圖2中的⑷所示，從第二模具14取出壓縮成型品15。這樣制造的壓縮成型品15的機械強度高，尺寸精度良好。另外，還能夠使比重為I以下。而且，由于僅使用植物作為原料，所以有益于環境保護。另外，由于含有阻燃劑，所以具有不易燃燒的性質。此外，為了進一步提高壓縮成型品15的剛性，可以在作為原料的木粉中添加無機材料，例如碳纖維、玻璃纖維、或者添加玻璃架(glass frame)、玻璃珠(glass beads)、滑石或云母等硅酸鹽等。也可以添加洋麻或馬尼拉麻等植物類纖維來代替這些無機材料。另外，也可以根據需要在作為原料的木粉中添加可塑劑、耐老化性改善劑、防氧化劑、熱穩定劑、光穩定劑、紫外線吸收劑、潤滑劑、分型劑、顏料、著色劑、防帶電劑、香料、發泡劑、抗菌劑或抗霉劑等。在這些添加劑的選擇中，優選對生物無害，燃燒不產生有毒氣體等，有益于環保、的添加劑。而且，根據需要，可以在作為原料的木粉中混合石油類的樹脂等。但是，在此時考慮到環境因素，可以使植物類材料的比率在25%以上，更優選在50%以上。根據本實施方式，能夠有效利用在木材加工時產生的廢料或大量生長的竹子等。另外，根據本實施方式，能夠僅利用植物材料或僅利用植物材料和少量的添加劑來制造壓縮成型品，因此能夠使壓縮成型品保持木材的質感和使比重為I以下。而且，按照本實施方式制作的壓縮成型品的機械強 度高，尺寸精度良好，質量輕并且具有阻燃性，因此適于筆記本電腦或便攜式電話等電子設備的殼體。圖3示出筆記本電腦的殼體用部件(蓋部)采用本實施方式的壓縮成型品的例子。另外，圖4示出便攜式電話的殼體用部件采用本實施方式的壓縮成型品的例子。以下，針對基于本實施方式的方法實際制造壓縮成型品來調查其特性的結果進行說明。(試件的制作)首先，利用上述方法，制作美國材料實驗協會(ASTM :American Society forTesting and Material)的工業標準所規定的彎曲試件。S卩，作為原料，粉碎秋田杉樹而得到平均微粒直徑為約IOym的木粉。將該木粉填充至第一模具內，使用三莊制造公司(Sansho Industry Co.，Ltd.)生產的加熱沖壓機，在成型溫度為160°C，成型壓力為30MPa，沖壓時間為3分鐘的條件下實施第一加壓成型工序，從而得到暫時成型體。接著，從第一模具中取出暫時成型體，在聚硼酸鈉的水溶液(阻燃劑)中浸潰10分鐘，從而使表面浸入阻燃劑。此后，將暫時成型體放入干燥爐內進行干燥。接著，將暫時成型體放入第二模具，使用三莊制造公司制的加熱沖壓機，在成型溫度為200°C，成型壓力為lOOMPa，沖壓時間為3分鐘的條件下實施第二加壓成型工序。由此，得到尺寸為12. 7mmX64mmX3. 2mm的ASTM彎曲試件(壓縮成型品)。(彎曲強度的測定)接著，使用上述的彎曲試件測定彎曲強度。具體地說，使用英斯特朗公司(instronCo. ,Ltd.)制造的萬能實驗機(INST0R0N5581)，試件大小以外的標準以日本工業標準(JISK 7203)為基準，由此測定彎曲彈性模量。此外，制作5個彎曲試件，在分別測定這些試件的彎曲彈性模量后，按照彎曲彈性模量測定的標準除去最大值以及最小值以外計算出平均值，將其用作彎曲彈性模量。其結果是，按照第一實施方式制作的試件的彎曲彈性模量為6GPa。通常，電子設備的殼體材料需要3GPa 6GPa的彎曲彈性模量，從上述的實驗能夠確認按照第一實施方式制造的壓縮成型品具有電子設備的殼體所要求的彎曲彈性模量。(阻燃性的測定)接著，基于UL94標準的阻燃性實驗，調查通過第一實施方式制作的上述的試件的阻燃性。即，垂直支撐試件，使該試件的下端與煤氣燃燒器的火焰接觸，并保持10秒鐘，然后使煤氣燃燒器的火焰離開試件。并且，在火焰消失時，立即使試件與煤氣燃燒器的火焰接觸10秒鐘。在UL94標準下，調查第一次以及第二次接觸火焰后的帶火焰燃燒持續時間、第二次接觸火焰后的帶火焰燃燒持續時間與無火焰燃燒持續時間的總和、5個試件的帶火焰燃燒持續時間的總和、有無燃燒掉落物(滴)，然后根據結果決定等級(V-0，V-I, V-2)。等級V-O要求第一次以及第二次接觸火焰后的有火焰燃燒時間都在10秒以內，第二次接觸火焰后的帶火焰燃燒持續時間與無火焰燃燒時間的總和在30秒以內，5個試件的有火焰燃燒時間的總和在50秒以內，沒有燃燒掉落物。另外，等級V-I要求第一次以及第二次接觸火焰后的有火焰燃燒時間都在30秒以內，第二次接觸火焰后的帶火焰燃燒持續時間與無火焰燃燒時間的總和在60秒以內，5個試件的有火焰燃燒時間的總和在250秒以內，沒有燃燒掉落物。
進一步，等級V-2要求第一次以及第二次接觸火焰后的有火焰燃燒時間都在30秒以內，第二次接觸火焰后的帶火焰燃燒持續時間與無火焰燃燒時間的總和在60秒以內、5個試件的有火焰燃燒時間的總和在250秒以內。在等級V-2中，允許出現燃燒掉落物。此夕卜，在試件燃盡時，不屬于等級V-O、V-l、V-2中任一種情況。實施UL94標準的阻燃性實驗的結果確認了如下情況通過第一實施方式制作的試件即使與煤氣燃燒器的火焰接觸，在離開燃燒器后火焰立刻消失，而且不產生燃燒掉落物，具有與V-O相當的阻燃性。(第二實施方式)圖5是表示本發明第二實施方式的壓縮成型品的制造方法的流程圖。首先，粉碎作為原料的樹木或竹子，得到平均微粒直徑約500 μ m的粉碎物(步驟S21)。接著，使阻燃劑浸入粉碎物的表面(步驟S22)。例如在硼類阻燃劑的水溶液中浸潰粉碎物，使阻燃劑浸入粉碎物的表面。此時，阻燃劑較淺地進入粉碎物的表面即可，可以短時間地將粉碎物浸潰在阻燃劑中。接著，將浸入有阻燃劑的粉碎物放入模具，實施加壓成型工序(步驟S23)。該加壓成型工序中的模具溫度例如為160 250°C，成型壓力例如為50 500Pa。在該加壓成型工序中，使出自植物的木質或半纖維素等成分在軟化的狀態下從樹木或竹子的粉碎物中析出，使這些成分作為粘接劑發揮作用，使模具內的粉碎物一體化，從而得到規定形狀的壓縮成型品。此后，從模具中取出壓縮成型品。這樣，制成壓縮成型品。此外，在本實施方式中，使用樹木或竹子的粉碎物作為原料，但可以在樹木或竹子的粉碎物中添加碳纖維、玻璃纖維、植物纖維、可塑劑、耐老化性改善劑、防氧化劑、熱穩定劑、光穩定劑、紫外線吸收劑、潤滑劑、分型劑、顏料、著色劑、防帶電劑、香料、發泡劑、抗菌劑或抗霉劑等作為原料。在通過本實施方式制造的壓縮成型品中，也僅使用植物或僅使用植物和少量的添加劑作為原料，有益于環境保護。另外，由于通過本實施方式制造的壓縮成型品包含有阻燃齊U，所以具有不易燃燒的性質。此外，在上述第一及第二實施方式中都說明了將植物粉碎物放入模具，然后進行加壓成型來制造壓縮成型品的情況，但也可以使用切削成與所希望的形狀近似形狀的木片，一邊加熱該木片一邊進行壓縮，使木質或半纖維素等出自植物的粘接成分析出，從而制造出作為成品的壓縮成型品。此時，利用出自植物的粘接成分使植物纖維彼此牢固粘合，從而能夠得到強度高的壓縮成型品。另外，不需要石油類的樹脂等，從而有益于環境保護。
權利要求
1.一種壓縮成型品的制造方法，其特征在于，包括 粉碎植物來得到植物粉碎物的工序； 向所述植物粉碎物施加壓力而形成暫時成型體的第一加壓成型工序； 通過對所述暫時成型體一邊加熱一邊施加壓力,來使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的第二加壓成型工序； 在所述第一加壓成型工序之后且所述第二加壓成型工序之前，具有使阻燃劑浸入所述暫時成型體的表面的阻燃劑浸入工序。
2.如權利要求I所述的壓縮成型品的制造方法，其特征在于，所述植物粉碎物是粉碎樹木或竹子而得到的粉碎物。
3.如權利要求I所述的壓縮成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加壓成型工序中的溫度為160°C以上、250°C以下。
4.如權利要求I所述的壓縮成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加壓成型工序中的成型壓力為50Pa以上、500Pa以下。
5.如權利要求I所述的壓縮成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加壓成型工序中的加熱溫度高于所述第一加壓成型工序中的溫度。
6.如權利要求I所述的壓縮成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加壓成型工序中的壓力高于所述第一加壓成型工序中的壓力。
7.—種壓縮成型品的制造方法，其特征在于，包括 將木片切削為規定的形狀的工序； 通過對切削后的所述木片一邊加熱一邊施加壓力，來使出自植物的粘接成分從所述木片析出的加壓成型工序。
全文摘要
本發明提供不使用石油類樹脂或少量使用石油類樹脂得到的、機械強度高且適于電子設備的殼體的使用了植物材料的壓縮成型品及其制造方法。一種壓縮成型品的制造方法，其特征在于，包括粉碎植物來得到植物粉碎物的工序；向所述植物粉碎物施加壓力而形成暫時成型體的第一加壓成型工序；通過對所述暫時成型體一邊加熱一邊施加壓力，來使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的第二加壓成型工序；在所述第一加壓成型工序之后且所述第二加壓成型工序之前，具有使阻燃劑浸入所述暫時成型體的表面的阻燃劑浸入工序。
文檔編號B27N5/00GK102642229SQ20121013783
公開日2012年8月22日 申請日期2007年5月30日 優先權日2007年5月30日
發明者中村貴光, 木村浩一 申請人:富士通株式會社