使用了植物材料的压缩成型品的制造方法

专利名称：使用了植物材料的压缩成型品的制造方法
技术领域：
本发明涉及将树木或竹子等植物的粉碎物用作主原料的压缩成型品及其制造方法，尤其涉及适于电子设备的壳体的压缩成型品及其制造方法。
背景技术：
近年来，以石油为代表的化石资源被大量消耗，这些化石资源有枯竭的危险。另夕卜，伴随着化石资源的大量消耗而产生大量的二氧化碳，这被认为是地球变暖的原因。虽然现在很多制品仍使用石油类树脂，但是鉴于上述问题，在全世界范围内出现了使用聚乳酸等植物类树脂代替石油类树脂的动向。聚乳酸从玉米等植物中提炼出，废弃后由土中的微生物分解为水和二氧化碳。另夕卜，在焚烧聚乳酸时，也生成水和二氧化碳。这些二氧化碳通过光合作用被植物获取，用于植物的生长。这样，聚乳酸等植物类树脂是环保的循环型的材料。近年来，提出有笔记本电脑(PC)或便携式电话等电子设备的壳体也使用聚乳酸等植物类树脂的方案(例如专利文献I)。但是，聚乳酸等植物类树脂通常弯曲强度等刚性强，但艾氏(Izod)冲击强度等耐冲击性不足，而且载荷挠曲温度等耐热性低，因此难以单独用于电子设备的壳体。因此，研究使用将植物类树脂和石油类树脂混合后的树脂来形成电子设备的壳体的方案(例如专利文献2)。另外，作为使用了植物材料的构件有木质板(也称为硬质纤维板)(例如专利文献
3、4)。木质板是粉碎木材而形成的，或者是使木材成为薄的纸状后而形成的，或者是使废纸等(以下称为“粉碎物等”)浸入粘接剂(结合剂)然后进行压缩及层叠而形成的，该木质板具有比较硬且刚性强的特点。其中，在木质板中，使用石油类的粘接剂或溶剤，有的比例超过30%。另外，木质板中由于作为原料的粉碎物等的大小差别很大，所以不适合精密加工。而且，由于要求笔记本电脑等电子设备的壳体具有UL标准所规定的阻燃性，所以很难将木质板就此用于电子设备的壳体。如上所述，以往，难于仅由植物材料制造强度高且加工精度高的成型品，即使在使用植物材料时也需要使用很多的石油类树脂。因此，希望出现不使用石油类树脂，或者少量使用石油类树脂就能够得到的成型品及其制造方法。专利文献I JP特开2001-244645号公报；专利文献2 JP特开2006-182994号公报；专利文献3 JP特许第2888153号；专利文献4 JP特许第2580522号
发明内容
本发明的目的在于提供一种不使用石油类树脂或少量使用石油类树脂就能够得到的、机械强度高且适于电子设备的壳体的使用了植物材料的压缩成型品及其制造方法。根据本发明的一个观点，提供一种压缩成型品，其特征在于，具有植物粉碎物；从所述植物粉碎物析出的粘接成分。另外，根据本发明的另一个观点，提供一种压缩成型品的制造方法，其特征在于，包括粉碎植物而得到植物粉碎物的工序；通过对所述植物粉碎物一边加热一边施加压力来使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的加压成型工序。而且，根据本发明的另一个观点，提供一种压缩成型品的制造方法，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压力而形成暂时成型体的第一加压成型工序；通过对所述暂时成型体一边加热一边施加压力，来使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的第二加压成型工序。
在本发明中，粉碎例如树木或竹子等植物来制成作为原料的粉碎物。然后，将该粉碎物放入模具中，一边将温度加热至例如160 250°C—边以30MPa 300MPa的压力进行压缩来制造成型品。在该压缩工序中，从粉碎物使木质或半纤维素等成分在软化的状态下析出，将这些成分作为天然的粘接剂发挥作用，使粉碎物相互牢固粘合而一体化，从而得到规定形状的压缩成型品。这样制造的压缩成型品不含有石油类粘接剂等，在废弃后回归自然，不破坏环境。另外，质量轻并且机械强度高，尺寸精度也良好。此外，为了提高压缩成型品的强度，可以在粉碎物中添加无机物或植物纤维。另夕卜，根据需要，也可以添加可塑剂、耐老化性改善剂(weather resistance improver)、防氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、分型剂、颜料、着色剂、防带电剂、香料、发泡剂、抗菌剂以及抗霉剂，还可以添加石油类粘接剂等。而且，为了产生阻燃性，可以使阻燃剂浸入使粉碎物或粉碎物暂时成型而得到的暂时成型体中，然后实施加压成型工序。


图I是表示本发明第一实施方式的压缩成型品的制造方法的流程图。图2是按工序表示第一实施方式的压缩成型品的制造方法的示意图。图3是表示笔记本电脑的壳体用部件(盖部)采用第一实施方式的压缩成型品的例子的立体图。图4是表示便携式电话的壳体用部件采用第一实施方式的压缩成型品的例子的图。图5是表示本发明第二实施方式的压缩成型品的制造方法的流程图。
具体实施例方式下面参照

本发明的实施方式。(第一实施方式)图I是表示本发明第一实施方式的压缩成型品的制造方法的流程图，图2是按工序表示该制造方法的示意图。
首先，将作为原料的树木或竹子(以下称为“木材等”)粉碎而得到微粒直径(平均微粒直径)例如为5 100 μ m的粉碎物(以下也称为“木粉”)(步骤Sll)。作为原料的树木或竹子的种类不特别限定，能够使用杉树、丝柏、山毛榉、梧桐树、榉树、槭树、桑树、樟树、抱栎、榆树、竹子的心材或表皮等。另外,也可以混合使用多种木材等的粉碎物。在制作电子设备的壳体时，为了确保加工精度以及均匀性，优选如上述那样使木粉的平均微粒直径为5 ΙΟΟμπι。但是，根据用途的不同微粒直径也可以偏出上述范围。接着，如图2中的(a)所示，将木粉填充在第一模具11内，使模具温度例如达到100 250°C，使压力例如为30MPa 300MPa，来实施第一加压成型工序(步骤S12)。该第一加压成型工序是使木粉彼此之间暂时成型为松弛结合的状态的工序，在能够维持成型体的形状的程度的温度条件以及压力条件下实施。若第一加压成型工序中的温度条件以及压力条件过高，则出现在接着的阻燃剂浸入工序中不能够使成型体中浸入阻燃剂的问题。下面将在第一加压成型工序中成型的成型体称为暂时成型体12。接着，从第一模具11中取出暂时成型体12，在其表面使阻燃剂浸入(步骤S13)。例如如图2中的(b)所示，在该阻燃剂浸入工序中，使暂时成型体12浸溃在液态的阻燃剂13中即可。另外，也可以通过对阻燃剂进行加热，使其蒸汽接触暂时成型体12，从而从暂时成型体12的表面浸入阻燃剂。使阻燃剂较浅地浸入并使得阻燃剂在暂时成型体12的表面附近浓度最高即可，不必使阻燃剂浸透至中心部。作为阻燃剂例如可以使用硼类的水溶液。在硼类阻燃剂中例如有聚硼酸钠(硼酸离子聚合体盐)及硼酸锌等。作为硼类以外的阻燃剂，例如有磷酸酯或三嗪化合物等有机类阻燃剂。作为磷酸酯例如能够使用磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、酚醚磷酸酯或聚磷酸铵等。另外，作为三嗪化合物例如能够使用三聚氰胺氰酸酯、三异氰酸酯等。接着，如图2中的(C)所示，将在表面浸入有阻燃剂的暂时成型体12配置在第二模具14内，在比第一加压成型工序高的条件下实施第二加压成型工序。第二加压成型工序中的模具温度例如为160 250°C，成型压力例如为50 500Pa(步骤S14)。在该第二加压成型工序中，使木质或半纤维素等成分在软化的状态下从构成暂时成型体12的木粉中析出。而且，这些成分作为天然的粘接剂(粘合剂)发挥作用，从而第二模具14内的木粉被相互牢固地结合而一体化，由此得到规定形状的压缩成型品15。该第二加压成型工序中的模具温度以及成型压力按照作为原料使用的木材等的种类或用途适当决定即可，但需要设定成如上所述从木粉析出成为粘接剂的成分而使模具内的木粉一体化那样的温度以及压力。接着，如图2中的⑷所示，从第二模具14取出压缩成型品15。这样制造的压缩成型品15的机械强度高，尺寸精度良好。另外，还能够使比重为I以下。而且，由于仅使用植物作为原料，所以有益于环境保护。另外，由于含有阻燃剂，所以具有不易燃烧的性质。此外，为了进一步提高压缩成型品15的刚性，可以在作为原料的木粉中添加无机材料，例如碳纤维、玻璃纤维、或者添加玻璃架(glass frame)、玻璃珠(glass beads)、滑石或云母等硅酸盐等。也可以添加洋麻或马尼拉麻等植物类纤维来代替这些无机材料。另外，也可以根据需要在作为原料的木粉中添加可塑剂、耐老化性改善剂、防氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、分型剂、颜料、着色剂、防带电剂、香料、发泡剂、抗菌剂或抗霉剂等。在这些添加剂的选择中，优选对生物无害，燃烧不产生有毒气体等，有益于环保、的添加剂。而且，根据需要，可以在作为原料的木粉中混合石油类的树脂等。但是，在此时考虑到环境因素，可以使植物类材料的比率在25%以上，更优选在50%以上。根据本实施方式，能够有效利用在木材加工时产生的废料或大量生长的竹子等。另外，根据本实施方式，能够仅利用植物材料或仅利用植物材料和少量的添加剂来制造压缩成型品，因此能够使压缩成型品保持木材的质感和使比重为I以下。而且，按照本实施方式制作的压缩成型品的机械强 度高，尺寸精度良好，质量轻并且具有阻燃性，因此适于笔记本电脑或便携式电话等电子设备的壳体。图3示出笔记本电脑的壳体用部件(盖部)采用本实施方式的压缩成型品的例子。另外，图4示出便携式电话的壳体用部件采用本实施方式的压缩成型品的例子。以下，针对基于本实施方式的方法实际制造压缩成型品来调查其特性的结果进行说明。(试件的制作)首先，利用上述方法，制作美国材料实验协会(ASTM :American Society forTesting and Material)的工业标准所规定的弯曲试件。S卩，作为原料，粉碎秋田杉树而得到平均微粒直径为约IOym的木粉。将该木粉填充至第一模具内，使用三庄制造公司(Sansho Industry Co.，Ltd.)生产的加热冲压机，在成型温度为160°C，成型压力为30MPa，冲压时间为3分钟的条件下实施第一加压成型工序，从而得到暂时成型体。接着，从第一模具中取出暂时成型体，在聚硼酸钠的水溶液(阻燃剂)中浸溃10分钟，从而使表面浸入阻燃剂。此后，将暂时成型体放入干燥炉内进行干燥。接着，将暂时成型体放入第二模具，使用三庄制造公司制的加热冲压机，在成型温度为200°C，成型压力为lOOMPa，冲压时间为3分钟的条件下实施第二加压成型工序。由此，得到尺寸为12. 7mmX64mmX3. 2mm的ASTM弯曲试件(压缩成型品)。(弯曲强度的测定)接着，使用上述的弯曲试件测定弯曲强度。具体地说，使用英斯特朗公司(instronCo. ,Ltd.)制造的万能实验机(INST0R0N5581)，试件大小以外的标准以日本工业标准(JISK 7203)为基准，由此测定弯曲弹性模量。此外，制作5个弯曲试件，在分别测定这些试件的弯曲弹性模量后，按照弯曲弹性模量测定的标准除去最大值以及最小值以外计算出平均值，将其用作弯曲弹性模量。其结果是，按照第一实施方式制作的试件的弯曲弹性模量为6GPa。通常，电子设备的壳体材料需要3GPa 6GPa的弯曲弹性模量，从上述的实验能够确认按照第一实施方式制造的压缩成型品具有电子设备的壳体所要求的弯曲弹性模量。(阻燃性的测定)接着，基于UL94标准的阻燃性实验，调查通过第一实施方式制作的上述的试件的阻燃性。即，垂直支撑试件，使该试件的下端与煤气燃烧器的火焰接触，并保持10秒钟，然后使煤气燃烧器的火焰离开试件。并且，在火焰消失时，立即使试件与煤气燃烧器的火焰接触10秒钟。在UL94标准下，调查第一次以及第二次接触火焰后的带火焰燃烧持续时间、第二次接触火焰后的带火焰燃烧持续时间与无火焰燃烧持续时间的总和、5个试件的带火焰燃烧持续时间的总和、有无燃烧掉落物(滴)，然后根据结果决定等级(V-0，V-I, V-2)。等级V-O要求第一次以及第二次接触火焰后的有火焰燃烧时间都在10秒以内，第二次接触火焰后的带火焰燃烧持续时间与无火焰燃烧时间的总和在30秒以内，5个试件的有火焰燃烧时间的总和在50秒以内，没有燃烧掉落物。另外，等级V-I要求第一次以及第二次接触火焰后的有火焰燃烧时间都在30秒以内，第二次接触火焰后的带火焰燃烧持续时间与无火焰燃烧时间的总和在60秒以内，5个试件的有火焰燃烧时间的总和在250秒以内，没有燃烧掉落物。
进一步，等级V-2要求第一次以及第二次接触火焰后的有火焰燃烧时间都在30秒以内，第二次接触火焰后的带火焰燃烧持续时间与无火焰燃烧时间的总和在60秒以内、5个试件的有火焰燃烧时间的总和在250秒以内。在等级V-2中，允许出现燃烧掉落物。此夕卜，在试件燃尽时，不属于等级V-O、V-l、V-2中任一种情况。实施UL94标准的阻燃性实验的结果确认了如下情况通过第一实施方式制作的试件即使与煤气燃烧器的火焰接触，在离开燃烧器后火焰立刻消失，而且不产生燃烧掉落物，具有与V-O相当的阻燃性。(第二实施方式)图5是表示本发明第二实施方式的压缩成型品的制造方法的流程图。首先，粉碎作为原料的树木或竹子，得到平均微粒直径约500 μ m的粉碎物(步骤S21)。接着，使阻燃剂浸入粉碎物的表面(步骤S22)。例如在硼类阻燃剂的水溶液中浸溃粉碎物，使阻燃剂浸入粉碎物的表面。此时，阻燃剂较浅地进入粉碎物的表面即可，可以短时间地将粉碎物浸溃在阻燃剂中。接着，将浸入有阻燃剂的粉碎物放入模具，实施加压成型工序(步骤S23)。该加压成型工序中的模具温度例如为160 250°C，成型压力例如为50 500Pa。在该加压成型工序中，使出自植物的木质或半纤维素等成分在软化的状态下从树木或竹子的粉碎物中析出，使这些成分作为粘接剂发挥作用，使模具内的粉碎物一体化，从而得到规定形状的压缩成型品。此后，从模具中取出压缩成型品。这样，制成压缩成型品。此外，在本实施方式中，使用树木或竹子的粉碎物作为原料，但可以在树木或竹子的粉碎物中添加碳纤维、玻璃纤维、植物纤维、可塑剂、耐老化性改善剂、防氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、分型剂、颜料、着色剂、防带电剂、香料、发泡剂、抗菌剂或抗霉剂等作为原料。在通过本实施方式制造的压缩成型品中，也仅使用植物或仅使用植物和少量的添加剂作为原料，有益于环境保护。另外，由于通过本实施方式制造的压缩成型品包含有阻燃齐U，所以具有不易燃烧的性质。此外，在上述第一及第二实施方式中都说明了将植物粉碎物放入模具，然后进行加压成型来制造压缩成型品的情况，但也可以使用切削成与所希望的形状近似形状的木片，一边加热该木片一边进行压缩，使木质或半纤维素等出自植物的粘接成分析出，从而制造出作为成品的压缩成型品。此时，利用出自植物的粘接成分使植物纤维彼此牢固粘合，从而能够得到强度高的压缩成型品。另外，不需要石油类的树脂等，从而有益于环境保护。
权利要求
1.一种压缩成型品的制造方法，其特征在于，包括 粉碎植物来得到植物粉碎物的工序； 向所述植物粉碎物施加压力而形成暂时成型体的第一加压成型工序； 通过对所述暂时成型体一边加热一边施加压力,来使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的第二加压成型工序； 在所述第一加压成型工序之后且所述第二加压成型工序之前，具有使阻燃剂浸入所述暂时成型体的表面的阻燃剂浸入工序。
2.如权利要求I所述的压缩成型品的制造方法，其特征在于，所述植物粉碎物是粉碎树木或竹子而得到的粉碎物。
3.如权利要求I所述的压缩成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加压成型工序中的温度为160°C以上、250°C以下。
4.如权利要求I所述的压缩成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加压成型工序中的成型压力为50Pa以上、500Pa以下。
5.如权利要求I所述的压缩成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加压成型工序中的加热温度高于所述第一加压成型工序中的温度。
6.如权利要求I所述的压缩成型品的制造方法，其特征在于，所述第二加压成型工序中的压力高于所述第一加压成型工序中的压力。
7.—种压缩成型品的制造方法，其特征在于，包括 将木片切削为规定的形状的工序； 通过对切削后的所述木片一边加热一边施加压力，来使出自植物的粘接成分从所述木片析出的加压成型工序。
全文摘要
本发明提供不使用石油类树脂或少量使用石油类树脂得到的、机械强度高且适于电子设备的壳体的使用了植物材料的压缩成型品及其制造方法。一种压缩成型品的制造方法，其特征在于，包括粉碎植物来得到植物粉碎物的工序；向所述植物粉碎物施加压力而形成暂时成型体的第一加压成型工序；通过对所述暂时成型体一边加热一边施加压力，来使出自所述植物粉碎物的粘接成分析出的第二加压成型工序；在所述第一加压成型工序之后且所述第二加压成型工序之前，具有使阻燃剂浸入所述暂时成型体的表面的阻燃剂浸入工序。
文档编号B27N5/00GK102642229SQ20121013783
公开日2012年8月22日 申请日期2007年5月30日 优先权日2007年5月30日
发明者中村贵光, 木村浩一 申请人:富士通株式会社