專利名稱：纖維成形體的制造方法及裝置、纖維成形中間體和纖維成形體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維成形體的制造方法、該制造方法中所使用的含有抄造模的制造裝置、纖維成形中間體和抄造成形體。
背景技術(shù)：
作為纖維成形體的制造方法，已知有將含有纖維材料的纖維層疊體抄造，并將該纖維層疊體配置在模具內(nèi)進行壓制成形，從而制造纖維成形體的方法。在所述制造方法中，廣泛采用下述的工序，即由含有纖維材料的漿料獲得濕潤狀態(tài)的纖維層疊體，將所述纖維層疊體配置在已加熱到預(yù)期溫度的干燥模具內(nèi)進行干燥并壓制。
但是，使多個纖維成形體結(jié)合成一體以形成空腔，并向所述空腔供給例如熔融金屬(以下稱為熔液)以制造鑄件時，結(jié)合體的接合面的角部(各個纖維成形體的角部)113的頂點在帶有圓角時，在其圓角部分形成楔型空隙(參照圖23)，熔液進入該間隙中，則形成所謂的毛刺，需要有去除所述毛刺的操作，在毛刺大的情況下則成為不良鑄件。而且，還存在由于進入該空隙的熔液將接合面壓開而形成不良鑄件的情況。由此，優(yōu)選使接合面具有的角部(各個纖維成形體的角部)的頂點形成尖銳形狀。此外，所述形成尖銳形狀與將角部的曲率半徑值設(shè)定為極小的含義是相同的。例如，為了使上述去除毛刺的操作變得不需要，曲率半徑優(yōu)選設(shè)定為1mm以下，更優(yōu)選設(shè)定為0.5mm以下。
作為使纖維成形體的制造方法中的成形性提高的技術(shù)，已經(jīng)提出了由含有纖維材料的漿料抄造立體形狀的纖維層疊體，并在對其表面賦予水分后在干燥模具中進行干燥成形的技術(shù)(參照下述專利文獻1)。但是，在這種技術(shù)中，使角部的頂點形成尖銳形狀是困難的。
專利文獻1特開昭57-47999號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述問題作出的，其目的在于提供可以使具有角部的纖維成形體的該角部的頂點形成尖銳形狀的纖維成形體的制造方法及其中所使用的含有抄造模的制造裝置、纖維成形中間體和纖維成形體。
本發(fā)明通過提供一種纖維成形體的制造方法而實現(xiàn)了上述目的，該方法包括，在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對該纖維層疊體進行壓制成形以制造纖維成形體，所述纖維成形體的與其它纖維成形體接合的接合面上具有角部，其中，在所述纖維層疊體中的所述角部或其附近設(shè)置加厚部分，并對該加厚部分進行壓制。
此外，本發(fā)明提供一種在上述本發(fā)明的纖維成形體的制造方法中使用的抄造模，其用于在纖維層疊體的兩個面的相交部上形成所述加厚部分。
此外，本發(fā)明提供一種在上述本發(fā)明的纖維成形體的制造方法中使用的抄造模，其中，在抄造纖維層疊體的抄造部中形成用于形成所述加厚部分的凹部，該凹部通過將基面部設(shè)置在低于對接部的位置上而形成。
此外，本發(fā)明提供一種在上述本發(fā)明的纖維成形體的制造方法中使用的抄造模，其中，在抄造纖維層疊體的抄造部上設(shè)置有用于抄造所述加厚部分的槽。
此外，本發(fā)明提供一種纖維成形體的制造裝置，其包括所述纖維層疊體的抄造模和從所述抄造模接收所述纖維層疊體的承接模，在所述抄造模或所述承接模中具備使所述伸出部分的基部彎曲以形成所述加厚部分的加厚部分形成單元。
此外，本發(fā)明提供一種在纖維成形體的制造方法中使用的纖維成形中間體，所述纖維成形體具有與其接合面相連的角部，其中該接合面用于與其它部件相連，所述纖維成形中間體由用含有纖維材料的漿料抄造而成的濕潤狀態(tài)的纖維層疊體構(gòu)成，在所述纖維層疊體的與所述角部相對應(yīng)的角部或其附近，設(shè)置有將所述纖維層疊體局部彎曲而成的加厚部分。
此外，本發(fā)明提供一種纖維成形體，其是在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對該纖維層疊體進行壓制成形而得到的，在該纖維成形體的兩個面的相交部分上形成的角部的頂點呈尖銳狀。
此外，本發(fā)明提供一種纖維成形體，其中將多個纖維成形體合為一體以形成空腔，且接合面所具有的角部的頂點呈尖銳狀。


圖1是示意性表示用于實施本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的制造裝置的第一實施方案的局部剖面圖。
圖2是示意性表示本發(fā)明的抄造模的第一實施方案的局部剖面的立體圖。
圖3是示意性表示同一制造裝置的干燥成形單元所具備的陽模的立體圖。
圖4是示意性表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第一實施方案中的抄造工序的圖。
圖5是示意性表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第一實施方案中的抄造工序結(jié)束后的纖維層疊體移動工序的圖。
圖6是示意性表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第一實施方案中的干燥成形工序的剖面圖。
圖7是示意性表示在本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第一實施方案中的干燥成形工序結(jié)束后的脫模狀態(tài)的剖面圖。
圖8是示意性表示在本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第一實施方案中的干燥成形工序的圖。
圖9是示意性表示在本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第一實施方案中的干燥成形工序結(jié)束后的脫模狀態(tài)的圖。
圖10是表示通過本發(fā)明的纖維成形體的制造方法抄造而成的本發(fā)明的纖維成形中間體的一個實施方案的立體圖。
圖11(a)是表示在干燥成形前后的加厚部分形態(tài)變化的干燥成形前的剖面圖。
圖11(b)是表示在干燥成形前后的加厚部分形態(tài)變化的干燥成形后的剖面圖。
圖12(a)是表示通過本發(fā)明的纖維成形體的制造方法制造的本發(fā)明的纖維成形體的一個實施方案的圖，并且是表示使兩個纖維成形體對接的狀態(tài)的圖。
圖12(b)是表示通過本發(fā)明的纖維成形體的制造方法制造的本發(fā)明的纖維成形體的一個實施方案的圖，并且是對接的成形體的角部之間的放大圖。
圖13是示意性表示用于實施本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的制造裝置的第二實施方案的局部剖面圖。
圖14是示意性表示本發(fā)明的抄造模的第二實施方案的局部剖面的立體圖。
圖15是示意性表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第二實施方案中的抄造工序的圖。
圖16是示意性表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第二實施方案中的抄造工序結(jié)束后的纖維層疊體的移動工序的圖。
圖17是示意性的表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第二實施方案中的干燥成形工序的圖。
圖18是示意性表示本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的第二實施方案中的干燥成形工序結(jié)束后的脫模狀態(tài)的圖。
圖19是表示通過本發(fā)明的纖維成形體的制造方法抄造而成的本發(fā)明的纖維成形中間體的另一實施方案的立體圖。
圖20(a)是表示在干燥成形前后的加厚部分形態(tài)變化的圖，并且是干燥成形前的剖面圖。
圖20(b)是表示在干燥成形前后的加厚部分形態(tài)變化的圖，并且是干燥成形后的剖面圖。
圖21(a)是示意性表示在干燥成形前后的加厚部分形態(tài)變化的局部剖面圖，并且是干燥成形前的剖面圖。
圖21(b)是示意性表示在干燥成形前后的加厚部分形態(tài)變化的局部剖面圖，并且是干燥成形后的剖面圖。
圖22是示意性表示本發(fā)明的制造裝置的干燥成形單元所具備的陽模的另一實施方案的圖。
圖23是用于說明在現(xiàn)有技術(shù)中纖維成形體的成形性問題的示意圖。
具體實施例方式
以下基于優(yōu)選的實施方案并參照附圖對本發(fā)明進行說明。
圖1～圖3示意性表示用于實施本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的制造裝置的第一實施方案。在這些圖中，符號1表示制造裝置。
如圖1所示，制造裝置1是制造由本發(fā)明的纖維成形體的一個實施方案即具有凸緣部111的半筒狀纖維成形體11所形成的鑄模(參照圖12)的裝置，其包括供給原料漿料的原料供給單元2、用由原料供給單元2供給的原料漿料抄造濕潤狀態(tài)的纖維層疊體(纖維成形中間體)的抄造單元3和對抄造的纖維層疊體進行干燥成形的干燥成形單元4。此外，兩個半筒狀的纖維成形體11結(jié)合成一體以形成鑄模的空腔。
原料供給單元2包括注入框20、使所述注入框20上下運動的上下運動機構(gòu)21和向注入框20內(nèi)供給原料漿料的漿料供給管22。在漿料供給管22上設(shè)置有閥23。
抄造單元3包括具有所謂陽模形態(tài)的抄造模30。抄造模30具有與抄造的纖維層疊體的形狀對應(yīng)的抄造部300。在抄造部300的內(nèi)部設(shè)置有在其表面處開口的氣液流通路301(參照圖2)，所述氣液流通路301與連通于吸引泵302的排出管303連接。在排出管303上配設(shè)有閥304。在抄造部300的表面上設(shè)置有抄造網(wǎng)305。
如圖2所示，在抄造模30中，抄造部300的與纖維層疊體10的凸緣部101(伸出部，參照圖10)的上表面部分對應(yīng)的基面部306設(shè)置在比對接面309低的位置上，從而形成凹部310。所述凹部310的深度設(shè)定為下述深度，即在組合抄造模30和后述的陰模(承接模)40以對纖維層疊體10進行脫模時，其凸緣部101的基部彎曲以形成加厚部分104(參照圖10)。所述凹部310的深度(從對接面309起算的深度)優(yōu)選為1～20mm，更優(yōu)選為3～8mm。
如圖1～圖3所示，干燥成形單元4包括陰模(承接模)40和陽模41。陰模40和陽模41互相對接時，在它們的模具之間形成對應(yīng)于所成形的纖維成形體的外形形狀的空隙(間隙)。在本實施方案中，將陰模40和陽模41對接時形成空隙，以便纖維成形體11的凸緣部101與陰模40側(cè)大致平面齊平地容納在所述空隙內(nèi)。
陰模40具有與所得的纖維成形體11的外形形狀對應(yīng)的凹狀的成形部400。陰模40包括對上述成形部400進行加熱的加熱器(加熱單元)401。陰模40通過上下運動單元402進行上下運動。在陰模40內(nèi)部設(shè)置有在成形部400處開口的氣液流通路(未圖示)。所述氣液流通路與連通于吸引泵和壓縮機(都未圖示)的流通管403連接。在流通管403上配設(shè)有閥404。成形部400具有從陰模40的對接面405開始凹陷以容納纖維成形體11的凸緣部111的臺階部406，由所述臺階部406形成后述的空間形成部的一部分。在陰模40上設(shè)置有在所述臺階部406處開口并與流通管403連通的氣液流通路407(參照圖6)。
陽模41具有與所得的纖維成形體11的內(nèi)表面形狀對應(yīng)的凸?fàn)畛尚尾?10。在成形部410的表面，用氟樹脂涂覆表面。在陽模41的成形部410內(nèi)部設(shè)置有在其表面處開口的氣液流通路411(參照圖3)，所述氣液流通路411與連通于吸引泵412的排出管413連接。排出管413上配設(shè)有閥414。此外，有時在纖維成形中間體表面上相當(dāng)于該氣液流通路411的孔的部分上形成凹部，會出現(xiàn)在鑄件表面留下凹部的情況。根據(jù)鑄件產(chǎn)品的適用領(lǐng)域，有時需要利用工作機械進行鑄件產(chǎn)品的表面精加工。在這種情況下，也可以沒有氣液流通路411。此外，盡管沒有在圖中示出，但是，在成形部410的內(nèi)部配置有對成形部410進行加熱的加熱器等(加熱單元)。
如圖6所示，在制造裝置1中，在抄造模30和陰模40上包括使纖維層疊體10的凸緣部101的基部彎曲以形成加厚部分104(參照圖10)的加厚部分形成單元6。加厚部分形成單元6由在組合抄造模30和陰模40時使纖維層疊體10的凸緣部101的外緣部從抄造模30上分離的分離單元60和配置在抄造模30與陰模40之間并形成上述基部的彎曲空間的空間形成部61構(gòu)成。
在本實施方案中，分離單元60由在上述臺階部406處開口的上述氣液流通路407、與其相連的流通管403和上述吸引泵構(gòu)成。此外，空間形成部61由抄造模30的凹部310和陰模40的臺階部406構(gòu)成。此外，對于氣液流通路407，在臺階部也可以比其它部分更密集地配管，以便吸引力強烈作用于纖維層疊體10的凸緣部的外緣部。
制造裝置1包括使上述抄造模30和陽模41沿著導(dǎo)軌50移動到規(guī)定位置的移動單元(未圖示)。此外，制造裝置1包括控制單元(未圖示)，該控制單元具有與上述各單元連接并使所述各單元按照后述的順序進行動作的程序控制器。
接著，基于本發(fā)明優(yōu)選的實施方案即使用了上述制造裝置1的鑄模用纖維成形體的制造方法，并參照圖4～圖12，對本發(fā)明的纖維成形體的制造方法進行說明。在這些圖中，符號10表示纖維層疊體，11表示纖維成形體。
在本實施方案的纖維成形體的制造方法中，在由含有纖維材料的原漿料抄造濕潤狀態(tài)的纖維層疊體10(參照圖10)后，將纖維層疊體10從抄造模30轉(zhuǎn)移到陰模40，用陰模40和陽模41對纖維層疊體10進行壓制成形，從而制造纖維成形體11(參照圖12)。
在本實施方案中，首先，將無機粉末、無機纖維、有機纖維、熱固性樹脂和熱膨脹性粒子分散在分散介質(zhì)中，從而調(diào)制原料漿料。使用被調(diào)制成適合于所制造的成形體的漿料作為原料漿料。作為上述分散介質(zhì)，除了水、白水之外，還可以列舉出乙醇、甲醇等溶劑或它們的混合體系等。從抄造和脫水成形的穩(wěn)定性、成形體品質(zhì)的穩(wěn)定性、費用、處理簡便性等方面考慮，特別優(yōu)選為水。
相對于無機粉末、無機纖維、有機纖維、熱固性樹脂和熱膨脹性粒子的總質(zhì)量，原料漿料中的各成分的配比(質(zhì)量比)優(yōu)選為無機粉末/無機纖維/有機纖維/熱固性樹脂和熱膨脹性粒子＝70～80％/2～8％/0～10％/8～16％(質(zhì)量比)，更優(yōu)選為70～80％/2～6％/0～6％/10～14％(質(zhì)量比)。但是，無機粉末、無機纖維、有機纖維、熱固性樹脂和熱膨脹性粒子合計為100質(zhì)量％。如果無機粉末的配比在此范圍中，則澆鑄時的形狀保持性、成形品的表面性良好，并且成形后的起模性也合適。如果無機纖維的配比在此范圍中，則成形性、澆鑄時的形狀保持性良好。如果有機纖維的配比在此范圍中，則成形性良好。為了抑制澆鑄時由有機纖維燃燒產(chǎn)生的氣體生成量、從出氣口噴出的火焰，有機纖維量越少越好，也可以根據(jù)情況不含有機纖維。如果熱固性樹脂和熱膨脹性粒子的配比在此范圍中，則成形體的成形性、澆鑄后的形狀保持性、表面光滑性良好。
作為上述無機粉末，可以列舉出片狀石墨、無定形石墨等石墨、黑曜石、莫來石等。無機粉末可以單獨使用這些粉末或選擇兩種以上使用。但從成形性、成本的方面考慮，優(yōu)選使用石墨、特別優(yōu)選使用片狀石墨。
上述無機纖維主要形成成形體的骨架，不會由于鑄造時熔融金屬的熱量而燃燒，即能維持其形狀。作為上述無機纖維，可以列舉出碳纖維、石棉等人造礦物纖維、陶瓷纖維、天然礦物纖維，可以將它們單獨使用或選擇兩種以上使用。其中，從有效抑制伴隨上述熱固性樹脂的碳化而收縮的方面考慮，優(yōu)選使用即使在高溫下也具有高強度的瀝青系或聚丙烯腈(PAN)系的碳纖維，特別優(yōu)選PAN系的碳纖維。
在上述無機纖維中，從對纖維層疊體進行抄造并脫水時的脫水性、纖維成形體的成形性、均勻性的觀點考慮，平均纖維長度優(yōu)選為0.5～15mm，特別優(yōu)選為3～8mm。
在上述有機纖維中，可以列舉出紙纖維(紙漿纖維)、原纖化的合成纖維、再生纖維(例如人造纖維)等。有機纖維可以單獨使用或選擇兩種以上使用。從成形性、干燥后的硬度、成本的方面考慮，優(yōu)選為紙纖維。
作為上述紙纖維，可以列舉出木材紙漿、棉紙漿、棉短絨紙漿、竹或秸稈等非木材紙漿。紙纖維可以單獨使用這些紙漿的原漿或廢紙紙漿，或者選擇兩種以上使用。從容易獲得、環(huán)境保護、降低制造費用等方面考慮，紙纖維特別優(yōu)選廢紙紙漿。
在上述有機纖維中，如果考慮成形體的成形性、表面光滑性、耐沖擊性，則平均纖維長度優(yōu)選為0.8～2.0mm，特別優(yōu)選為0.9～1.8mm。
上述熱固性樹脂是在維持成形體的常溫強度和高溫強度并且使成形體的表面性良好、增大鑄件表面粗糙度方面所必須的成分。作為上述熱固性樹脂，可以列舉出酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂等。其中，從能夠產(chǎn)生的可燃氣體少、有阻燃效果、在熱分解(碳化)后的碳殘留率高達25％以上、形成碳化保護膜以獲得良好鑄件表面的方面考慮，優(yōu)選使用酚醛樹脂。酚醛樹脂使用需要固化劑的酚醛清漆酚醛樹脂、不需要固化劑的可溶酚醛樹脂型等。使用酚醛清漆酚醛樹脂的情況下需要固化劑。由于該固化劑易溶于水，所以優(yōu)選在成形體脫水后涂覆到其表面上。上述固化劑優(yōu)選使用六甲撐四胺等。上述熱固性樹脂可以單獨使用或選擇兩種以上使用。
在原料漿料中，相對于上述無機粉末、無機纖維、有機纖維、熱固性樹脂和熱膨脹性粒子的總質(zhì)量，優(yōu)選含有0.5～10％(質(zhì)量％)的熱膨脹性粒子體，更優(yōu)選含有1～5％(質(zhì)量％)的熱膨脹性粒子體。如果含有在此范圍中的熱膨脹性粒子，則在抑制由膨脹引起的對成形精度的不良影響時，能充分獲得添加效果。此外，由于不需要為了防止不必要的膨脹而花費冷卻時間，所以可以維持高生產(chǎn)率。
本實施方案的成形體含有膨脹后平均直徑優(yōu)選為5～80μm、更優(yōu)選為25～50μm的上述熱膨脹性粒子體。如果熱膨脹性粒子的膨脹在此范圍中，則在抑制由膨脹引起的對成形精度的不良影響時，能充分獲得添加效果。
作為上述熱膨脹性粒子，優(yōu)選是在熱塑性樹脂的殼壁中內(nèi)包有氣化后膨脹的膨脹劑的微膠囊。該微膠囊優(yōu)選為下述粒子，即在80～200℃下加熱時，其膨脹到直徑優(yōu)選為3～5倍、體積優(yōu)選為50～100倍的平均粒徑優(yōu)選為5～60μm、更優(yōu)選為20～50μm。
作為構(gòu)成該微膠囊殼壁的熱塑性樹脂，可以列舉出聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、丙烯腈-偏氯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或它們的組合。作為內(nèi)包在上述殼壁中的膨脹劑，可以列舉出丙烷、丁烷、戊烷、異丁烷、石油醚等低沸點的有機溶劑。
在上述原料漿料中，除上述各成分外，還可以按適當(dāng)比例添加聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、聚酰胺-胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂等紙強度強化材料、凝聚劑、著色劑等其它成分。
如圖4所示，在纖維層疊體的抄造工序中，通過上下運動機構(gòu)21使注入框20向下運動，閥23打開，通過漿料供給管22將漿料供給到注入框20內(nèi)。漿料供給量達到規(guī)定量時，閥23關(guān)閉并停止?jié){料供給。然后，閥304打開，借助氣液流通路301和排出管303由吸引泵302吸引漿料的液體部分，同時固體部分堆積在抄造網(wǎng)305的表面上，從而形成濕潤狀態(tài)的纖維層疊體10。考慮到纖維層疊體10的可操作性、將纖維層疊體10夾持在陰模40和陽模41之間并壓制時的由纖維的流動導(dǎo)致的纖維層疊體10的變形(優(yōu)選通過壓制而有一定程度的變形)，纖維層疊體10中的液體含有率是，相對于100質(zhì)量份的纖維層疊體10中的固體部分，優(yōu)選將液體部分設(shè)定為50～200質(zhì)量份，更優(yōu)選設(shè)定為70～100質(zhì)量份。該液體含有率由通過吸引泵302對液體成分的吸引進行調(diào)整，在達到規(guī)定的液體含有率時停止吸引。
在使用含水原料漿料制造本實施方案的成形體時，該成形體使用前(用于鑄造前)的質(zhì)量含水率優(yōu)選為8％以下，更優(yōu)選為3％以下。含水率越低，鑄造時由熱固性樹脂的熱分解(碳化)引起的氣體生成量就可以抑制得越低。
纖維層疊體10的抄造完成時，如圖5所示，通過上下運動機構(gòu)21將注入框20向上拉起，通過上述移動單元使抄造模30沿著導(dǎo)軌50移動到陰模40的下方。
接著，通過上下運動機構(gòu)402使陰模40向下運動，并與抄造模30對接。然后，如圖6所示，由抄造模30的凹部310和陰模40的臺階部406形成纖維層疊體10的凸緣部101的基部的彎曲空間。
在將纖維層疊體10從抄造模30上脫模時，纖維層疊體10通過陰模40中的流通管403后吸附在成形面400側(cè)。而且在此時，如圖6所示，所述纖維層疊體10的凸緣部101的外緣部經(jīng)由在臺階部406處開口的氣液流通路407而被吸引，從而從抄造模30上分離，凸緣部101的基部彎曲形成加厚部分104。
通過上述上下運動機構(gòu)402，將陰模40如圖7所示向上拉起后，纖維層疊體10從抄造模30轉(zhuǎn)移到陰模40上。然后，通過上述移動單元移動到與陽模41一起進行干燥成形的位置上。在如此抄造、成形的纖維層疊體10中，如圖10和圖11(a)所示，在凸緣部101中，在該凸緣部101和周壁部102的交點(兩個面的相交部分)處形成的角部103的邊緣部上形成加厚部分104。
接著，如圖8所示，通過上下運動機構(gòu)402使陰模40向下運動。然后，與加熱到規(guī)定溫度的陽模41對接，在該陰陽模之間纖維層疊體10被壓制成形，從而得到干燥的纖維成形體11。通過壓制成形，在纖維成形體11中的凸緣部111和周壁部112的交點(兩個面的相交部分)處形成的角部113的頂點變成尖銳形狀(圖11(b))。此外，陰模40和陽模41要設(shè)置成當(dāng)它們在對接時不形成容納上述加厚部分104的空隙。即，要設(shè)置成形成與最終所成形的纖維成形體的形狀(沒有加厚部分)對應(yīng)的空隙。在尖銳的角部頂點與其它物體接觸時，因為是尖銳的形狀所以頂點容易損傷，因此為了防止損傷，角部113的頂點的密度優(yōu)選為0.8g/cm3以上。
陰模40和陽模41的模具溫度根據(jù)所制造的纖維成形體適當(dāng)設(shè)定，考慮到防止纖維層疊體10的燒焦等，模具溫度優(yōu)選為100～250℃，更優(yōu)選為120～200℃?？紤]到可靠地壓平加厚部分等，用陰模40和陽模41進行壓制成形的壓力優(yōu)選為0.2MPa～10MPa，更優(yōu)選為0.5MPa～5MPa。但是，壓制成形的壓力可以根據(jù)構(gòu)成纖維成形體的材料的種類、強度等而進行大的改變。
干燥成形時，閥414打開，纖維層疊體10的水分經(jīng)由氣液流通路411(參照圖3)和排出管413由吸引泵412吸引而排出到外部。另一方面，通過上下運動機構(gòu)21使注入框20向下運動，抄造模30的抄造部301再次內(nèi)包在注入框20中。然后，與上述抄造工序同樣操作，重新抄造纖維層疊體。
干燥成形工序完成時，從流通管403的吸引被切換為由上述壓縮機產(chǎn)生的空氣噴射，如圖9所示，通過上下運動機構(gòu)402將陰模40向上拉起。然后，在吸引泵412的吸引停止后，將留在陽模41側(cè)的纖維成形體11從陽模41上取下，由此完成纖維成形體11的制造。此外，通過上下運動機構(gòu)21將注入框20向上拉起，完成了抄造工序的新的纖維層疊體10移向其后的加熱工序。在本實施方案的制造方法中，反復(fù)進行這樣的抄造和干燥成形的工序。
本實施方案的成形體的厚度根據(jù)用途而設(shè)定。成形體的厚度優(yōu)選為0.2～5mm，更優(yōu)選為0.7～1.5mm。如果厚度在此范圍中，則在抑制對上述熱膨脹性粒子的膨脹的成形性的影響時，還能充分確保上述強度，并且也能抑制鑄造時的氣體生成。
如上所說明的，根據(jù)本實施方案的纖維成形體的制造方法，可以制造在兩個面的相交部形成的角部103的頂點為尖銳形狀的成形體。
此外，可以在以環(huán)狀伸出的凸緣部101的一部分上設(shè)置凸起部等，并適當(dāng)設(shè)置注入熔液的入口或澆鑄時的氣體排氣口。
接著對本發(fā)明的其它實施方案進行說明。
圖13～圖15示意性表示用于實施本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的制造裝置的第二實施方案。在這些圖中，符號1’表示制造裝置。此外，與上述第一實施方案的制造裝置相同的部分附以相同的符號，并省略其說明。
如圖13所示，制造裝置1’是制造具有凸緣部111的半筒狀纖維成形體11’(參照圖12)的裝置，其包括供給作為原料的纖維漿料的原料供給單元2、用由原料供給單元2供給的纖維漿料抄造濕潤狀態(tài)的纖維層疊體(纖維成形中間體)的抄造單元3和對所抄造的纖維層疊體進行干燥成形的干燥成形單元4。
如圖14所示，在抄造單元3的抄造模30’的抄造部300上，在與纖維層疊體的周壁部對應(yīng)的凸面部307從與纖維層疊體凸緣部的上表面部對應(yīng)的基面部306立起的部分上設(shè)置有槽308。借助所述槽308，如后所述，在所抄造的纖維層疊體10’(參照圖19和圖20(a))上，在凸緣部101和周壁部102的交點處形成的角部103的附近形成加厚部分104’。為了使纖維密集地進行層疊，槽308的寬度優(yōu)選為1mm～10mm，更優(yōu)選為3mm～6mm。此外，為了避免使纖維層疊體覆蓋在陽模41上時形狀產(chǎn)生大的變形，槽308的深度優(yōu)選為1mm～10mm，特別優(yōu)選為3mm～5mm。
如圖13所示，干燥成形單元4包括陰模40和陽模41。陰模40和陽模41互相對接時，在它們的模具之間形成與所成形的纖維成形體的外形形狀對應(yīng)的空隙(間隙)。陰模40具有與所得的纖維成形體11的外形形狀對應(yīng)的凹狀成形部400。陰模40包括對上述成形部400進行加熱的加熱器(加熱單元)401。陰模40通過上下運動單元402進行上下運動。在陰模40的內(nèi)部設(shè)置有在成形部400處開口的氣液流通路(未圖示)。所述氣液流通路與連通于吸引泵和壓縮機(都未圖示)的流通管403連接。在流通管403上配設(shè)有閥404。陽模41具有與所得的纖維成形體11的內(nèi)表面形狀對應(yīng)的凸?fàn)畛尚尾?10。成形部410的表面用氟樹脂進行涂覆。在陽模41的成形部410內(nèi)部設(shè)置有在其表面處開口的氣液流通路(未圖示)，所述氣液流通路與連通于吸引泵412的排出管413連接。在排出管413上配設(shè)有閥414。雖然在圖中未示出，但是在成形部410的內(nèi)部配設(shè)有對成形部410進行加熱的加熱器(加熱單元)。
制造裝置1’包括使上述抄造模30’和陽模41沿著導(dǎo)軌50移動到規(guī)定位置的移動單元(未圖示)。此外，制造裝置1’包括控制單元(未圖示)，該控制單元包括與上述各單元連接并使所述各單元按照后述的順序進行動作的程序控制器。
接著，基于使用了上述制造裝置1’的纖維成形體的制造方法并參照圖12、圖15～圖20，對本發(fā)明的纖維成形體的制造方法的優(yōu)選實施方案進行說明。在這些圖中，符號10’表示纖維層疊體，11’表示纖維成形體。
在纖維層疊體的抄造工序中，如圖15所示，通過上下運動機構(gòu)21使注入框20向下運動，閥23打開，通過漿料供給管22將原料漿料供給到注入框20內(nèi)。原料漿料的供給量達到規(guī)定量時，關(guān)閉閥23并停止?jié){料的供給。然后，閥304打開，經(jīng)由氣液流通路301和排出管303由吸引泵302吸引漿料的液體部分，同時固體部分堆積在抄造網(wǎng)305的表面上，從而形成濕潤狀態(tài)的纖維層疊體10’?？紤]到纖維層疊體10’的可操作性、將纖維層疊體10’夾持在陰模40和陽模41之間并壓制時的由纖維的流動導(dǎo)致的纖維層疊體10’的變形(優(yōu)選通過壓制而有一定程度的變形)，纖維層疊體10’中的液體含有率是，相對于100質(zhì)量份的纖維層疊體10’中的固體部分，優(yōu)選將液體部分設(shè)定為50～200質(zhì)量份，更優(yōu)選設(shè)定為70～100質(zhì)量份。該液體含確率由通過吸引泵302對液體成分的吸引進行調(diào)整，在達到規(guī)定的液體含有率時停止吸引。
纖維層疊體10的抄造完成時，如圖16所示，通過上下運動機構(gòu)21將注入框20向上拉起，通過上述移動單元使抄造模30’沿著導(dǎo)軌50移動到陰模40的下方。
如圖19和圖20(a)所示，在由此抄造形成的纖維層疊體10’中，在凸緣部101上，位于該凸緣部101和周壁部102的交點(兩個面的的相交部分)處形成的角部103的邊緣部上形成加厚部分104’。加厚部分104’的厚度和形狀取決于抄造模的槽308，優(yōu)選寬度為3mm～6mm、厚度為3mm～5mm，在保持相同體積和設(shè)置位置的情況下，可以自由設(shè)定其形狀。
接著，通過上下運動機構(gòu)402使陰模40向下運動從而與抄造模30’對接。然后，經(jīng)由陰模40中的流通管403，纖維層疊體10’吸附在成形面400側(cè)后，通過上下運動機構(gòu)402將陰模40向上拉起，纖維層疊體10’從抄造模30轉(zhuǎn)移到陰模40。陰模40隨后移動到與陽模41一起進行干燥成形的位置上。
接著，如圖17所示，通過上下運動機構(gòu)402使陰模40向下運動，與加熱到規(guī)定溫度的陽模41對接，在該陰陽模之間纖維層疊體10’被壓制成形，從而得到干燥的纖維成形體。通過壓制成形，在纖維成形體11中凸緣部111和周壁部112的交點處形成的角部113的頂點變成尖銳形狀(圖20(b))。此外，陰模40和陽模41要設(shè)置成當(dāng)它們對接時不形成容納上述加厚部分104’的空隙。即，要設(shè)置成形成與最終所成形的纖維成形體的形狀(沒有加厚部分)對應(yīng)的空隙。在尖銳的角部的頂點與其它物體接觸時，因為是尖銳的形狀所以頂點容易損傷，因此為了防止損傷，角部的頂點的密度優(yōu)選為0.8g/cm3以上。
陰模40和陽模41的溫度(模具溫度)根據(jù)所制造的纖維成形體適當(dāng)設(shè)定，考慮到防止纖維層疊體10’的燒焦等，其優(yōu)選為100～250℃，更優(yōu)選為120～200℃?？紤]到可靠地壓平加厚部分等，用陰模40和陽模41進行壓制成形的壓力優(yōu)選為0.2MPa～10MPa，更優(yōu)選為0.5MPa～5MPa。但是，壓制成形的壓力也可以根據(jù)構(gòu)成纖維成形體的材料的種類、強度等而進行大的改變。
干燥成形時，閥414打開，纖維層疊體10’的水分經(jīng)由上述氣液流通路411和排出管413由吸引泵412吸引而排出到外部。另一方面，通過上下運動機構(gòu)21使注入框20向下運動，抄造模30’的抄造部300再次內(nèi)包在注入框20中。然后，與上述抄造工序同樣操作，重新抄造纖維層疊體。
干燥成形工序完成時，從流通管403的吸引被切換為由上述壓縮機產(chǎn)生的空氣噴射，如圖18所示，通過上下運動機構(gòu)402將陰模40向上拉起。然后，在吸引泵412的吸引停止后，將留在陽模41側(cè)的纖維成形體11’從陽模41上取下，由此完成纖維成形體11’的制造。此外，通過上下運動機構(gòu)41將注入框20向上拉起，完成抄造工序的新的纖維層疊體移向其后的加熱工序。在本實施方案的制造方法中，反復(fù)進行這樣的抄造和干燥成形工序。
如上所說明的，根據(jù)本實施方案的纖維成形體的制造方法，可以制造在兩個面的相交部分上形成的角部的頂點為尖銳形狀的成形體。
在如此制造的纖維成形體11’中，如圖12(a)所示，在凸緣部111彼此對置對接的情況下，如圖12(b)所示，由于雙方的角部113的頂點是尖銳的形狀，所以在例如兩個該纖維成形體對接構(gòu)成鑄件制造用的鑄模，并在向其空腔內(nèi)內(nèi)供給熔液以制造鑄件時，由圖12(b)可知，在該角部之間的對接部分基本沒有形成間隙，因此所制得的鑄件上不會產(chǎn)生毛刺。
本發(fā)明不限于上述實施方案，可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行適當(dāng)改變。
本發(fā)明特別適合用于將在兩個面部的交點處形成的角部頂點形成尖銳形狀的方法。其原因是，如圖2所示，如果在抄造模中設(shè)置有槽，就不需要另外形成加厚部分。即，因為在抄造時利用所述槽可以形成加厚部分。此外，本發(fā)明也可以將未在兩個面部的交點處形成的角部的頂點形成尖銳形狀。在這種情況下，在用濕式抄造法抄造具有角部103’的纖維層疊體10’后(參見圖21(a))，在該角部103’的附近人工附加含水的纖維集合體104’以形成加厚部分(參照圖21(b))，然后，用上述方法對該纖維層疊體進行壓制成形，從而能得到角部113’的頂點為尖銳形狀的纖維成形體11’。
除上述各實施方案中的原料漿料之外，原料漿料也可以使用調(diào)制成適合所制造的纖維成形體的漿料。原料漿料也可以使用現(xiàn)有技術(shù)中用于濕式抄造法的公知漿料。
此外，雖然在上述各實施方案中，通過抄造、脫模而形成了加厚部分的纖維層疊體(纖維成形中間體)直接通過干燥成形單元壓制成形，但也可以不對形成有加厚部分的纖維層疊體進行壓制成形，而是暫時干燥后存儲，再另外進行壓制成形。在這種情況中，也優(yōu)選形成上述優(yōu)選的濕潤狀態(tài)。
此外，在上述第一實施方案中，將干燥成形單元的陰模(干燥模)用作承接模，但是也可以使用僅用來轉(zhuǎn)移的模具，并在該模具進行轉(zhuǎn)移時，與上述陰模同樣地形成加厚部分。
此外，在上述第一實施方案中，是將陰模的吸引系統(tǒng)設(shè)置成一個系統(tǒng)，但是也可以將吸引纖維層疊體凸緣部的外緣部的吸引系統(tǒng)與其它部分的吸引系統(tǒng)分開配置，提高該凸緣部的外緣部的吸引力來進行吸引。
此外，在上述第一實施方案中，作為使凸緣部的外緣部從抄造模上分離的手段，是通過經(jīng)由氣液流通路的吸引來進行，但是也可以通過通常用于塑料成形模中的脫模板或推釘?shù)葯C構(gòu)使之分離。
此外，如圖22所示的陽模41那樣，設(shè)置成分開的模具零件(41a～41c等)的組合模具，通過機械加工將各個模具零件的角部制成尖銳形狀，由此能將陽模的角部A部(成形部410的立起部分)也制成尖銳形狀。由此，可以將纖維成形體的角部的曲率半徑設(shè)成基本為0mm。此外，即使不將陽模41設(shè)置成分開的模具零件的組合模具，也可以通過機械加工將角部A部制成失銳形狀，可以將纖維成形體的角部的曲率半徑設(shè)為0.5mm以下。
此外，在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對該纖維層疊體進行壓制成形以制造在與其它纖維成形體接合的接合面上具有角部的纖維成形體，除上述制造纖維成形體的方法等以外，也可以采用下述制造纖維成形體的方法等，即在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對該纖維層疊體進行壓制成形以制造具有在與其接合面相連的角部、該接合面用于與其它部件相連的纖維成形體。其中，其他部件是指將聚乙烯等熱塑性樹脂另外進行成形而成的物體等。
實施例以下通過實施例對本發(fā)明進行更具體的說明。
<實施例1>
將以有機纖維(廢舊報紙)為4、無機纖維(碳纖維)為4、無機粉末(石墨粉末)為76、熱固性樹脂(酚醛樹脂)為12、熱膨脹性粒子為4的比例(各數(shù)值為質(zhì)量份)混合而成的原料分散在水中，調(diào)制成固體成分濃度為3質(zhì)量％左右的漿料。使用所述漿料，在抄造模(該抄造模的形狀與圖2所示的形狀大致相同)中抄造纖維層疊體(該纖維層疊體的壁厚為1mm～3mm)，在上述抄造模中，將與纖維層疊體凸緣部的上表面部對應(yīng)的基面部設(shè)置在比對接面低的位置上以形成凹部，組合陰模(承接模)以對纖維層疊體進行脫模并制成由凸緣部的基部彎曲而形成的纖維層疊體，進一步在成形面上涂覆了氟樹脂(例如特氟隆(注冊商標(biāo)))涂層的干燥模具中進行干燥，從而制成了纖維成形體。干燥時的壓力為3.8MPa，干燥模具的溫度為200℃。
<比較例1>
使用與實施例1相同的原料漿料，在沒有設(shè)置凹部的抄造模中抄造纖維層疊體，按照實施例的標(biāo)準(zhǔn)進行干燥，從而制成了纖維成形體。
<結(jié)果>
對纖維成形體的角部頂點的R(曲率半徑)進行測定，則在實施例的纖維成形體中，是R為0.1～0.2mm左右(該部分的密度是0.8～1.0g/cm3)的尖銳形狀。此外，將兩個纖維成形體組合起來形成空腔，將組合形成的纖維成形體埋沒在砂中，并將熔液注入該空腔中進行鑄造。其結(jié)果是，通過實施例的纖維成形體的組合，可以制造整個接合面的毛刺為1mm以下的合格產(chǎn)品，但是在比較例中，在對應(yīng)于接合面的數(shù)個位置上產(chǎn)生了2mm～10mm左右的毛刺，成為不合格產(chǎn)品。
<實施例2>
將以紙漿(廢舊報紙)為24、無機纖維(碳纖維)為8、無機粉末(黑曜石粉末)為48、有機粘合劑(酚醛樹脂)為16的比例(各數(shù)值為質(zhì)量份)混合而成的原料分散在水中，調(diào)制成固體成分濃度為3質(zhì)量％左右的漿料。使用所述漿料，在抄造模(該抄造模的形狀與圖14所示的形狀大致相同)中抄造纖維層疊體(該纖維層疊體的壁厚為1mm～3mm)，在上述抄造模中，在對應(yīng)于纖維層疊體角部的部分附近設(shè)置有寬為6mm、深為3mm的槽。然后，在成形面上涂覆了氟樹脂(例如特氟隆(注冊商標(biāo)))涂層的干燥模具中進行干燥，從而制成了纖維成形體。干燥時的壓力為3.8MPa，干燥模具的溫度為150℃。
<比較例2>
使用與實施例2相同的原料漿料，在沒有設(shè)置槽的抄造模中抄造纖維層疊體，按照實施例2的標(biāo)準(zhǔn)進行干燥，從而制成了纖維成形體。
<結(jié)果>
對纖維成形體的角部頂點的R(曲率半徑)進行測定，則在實施例2的纖維成形體中，是R為0.1～0.2mm左右(該部分的密度是0.8～1.0g/cm3)的尖銳形狀。此外，將兩個纖維成形體組合起來形成空腔，將組合而成的纖維成形體埋沒在砂中，并將熔液注入該空腔中進行鑄造。其結(jié)果是，通過實施例2的纖維成形體的組合，可以制造整個接合面的毛刺為1mm以下的合格產(chǎn)品，但是在比較例2中，在對應(yīng)于接合面的數(shù)個位置上產(chǎn)生了2mm～10mm左右的毛刺，成為不合格產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的纖維成形體的制造方法和纖維成形中間體，能夠制造接合面所具有的角部的頂點為尖銳形狀的纖維成形體。此外，根據(jù)本發(fā)明的抄造模和制造裝置，可以很好地實施上述本發(fā)明的制造方法。此外，在本發(fā)明的纖維成形體中，在該纖維成形體的兩個面的相交部分上形成的角部的頂點是尖銳的形狀。
本發(fā)明的纖維成形體的制造方法特別適合于將纖維成形體用作鑄模時的該纖維成形體的制造，除此之外，也可以適用于角部頂點尖銳的容器、工具、零件等各種纖維成形體的制造。
權(quán)利要求
1.一種纖維成形體的制造方法，其包括，在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對該纖維層疊體進行壓制成形以制造纖維成形體，所述纖維成形體的與其它纖維成形體接合的接合面上具有角部，其中，在所述纖維層疊體中的所述角部或其附近設(shè)置加厚部分，并對該加厚部分進行所述壓制成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維成形體的制造方法，其中所述纖維層疊體是對含有所述纖維材料的漿料進行抄造而得到的濕潤狀態(tài)的纖維層疊體，所述角部在兩個面的相交部分上形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維成形體的制造方法，其中對所述壓制成形中使用的成形模進行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維成形體的制造方法，其中用氟樹脂覆蓋所述成形模的成形面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的纖維成形體的制造方法，其中使所述纖維層疊體局部彎曲以形成所述加厚部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維成形體的制造方法，其中在將所述纖維層疊體從其抄造模上脫模時，使所述纖維層疊體中的與所述接合面對應(yīng)的伸出部分的外緣部從所述抄造模上分離，并使所述伸出部分的基部彎曲。
7.一種纖維成形體的制造方法，其包括，在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對該纖維層疊體進行壓制成形以制造纖維成形體，所述纖維成形體具有與其接合面相連的角部，其中該接合面用于與其它部件相連，在所述纖維層疊體中的所述角部或其附近設(shè)置加厚部分，并對所述加厚部分進行所述壓制成形。
8.一種在權(quán)利要求1～6中任一項所述的纖維成形體的制造方法中使用的抄造模，其用于在纖維層疊體的兩個面的相交部上形成所述加厚部分。
9.一種在權(quán)利要求1～6中任一項所述的纖維成形體的制造方法中使用的抄造模，其中，在抄造纖維層疊體的抄造部中形成用于形成所述加厚部分的凹部，其中該凹部通過將基面部設(shè)置在低于對接部的位置上而形成。
10.一種在權(quán)利要求1～4中任一項所述的纖維成形體的制造方法中使用的抄造模，其中在抄造纖維層疊體的抄造部上設(shè)置有用于形成所述加厚部分的槽。
11.一種在權(quán)利要求6所述的纖維成形體的制造方法中使用的纖維成形體的制造裝置，所述制造裝置包括所述纖維層疊體的抄造模和從所述抄造模接收所述纖維層疊體的承接模，在所述抄造?；蛩龀薪幽Ｖ芯邆涫顾錾斐霾糠值幕繌澢孕纬伤黾雍癫糠值募雍癫糠中纬蓡卧?。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的纖維成形體的制造裝置，其中所述加厚部分形成單元由分離單元和空間形成部構(gòu)成，在將所述抄造模和所述承接模組合時，所述分離單元使所述伸出部分的所述外緣部從所述抄造模上分離，所述空間形成部配置在所述抄造模和所述承接模之間并形成所述基部的彎曲空間。
13.一種在纖維成形體的制造方法中使用的纖維成形中間體，所述纖維成形體具有與其接合面相連的角部，其中該接合面用于與其它纖維成形體或其它部件相連，所述纖維成形中間體由用含有纖維材料的漿料抄造而成的濕潤狀態(tài)的纖維層疊體構(gòu)成，在所述纖維層疊體的與所述角部相對應(yīng)的角部或其附近，設(shè)置有將所述纖維層疊體局部彎曲而成的加厚部分。
14.一種纖維成形體，其是在抄造含有纖維材料的纖維層疊體后，對所述纖維層疊體進行壓制成形而得到的，其中，在所述纖維成形體的兩個面的相交部分上形成的角部的頂點呈尖銳狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的纖維成形體，其中所述角部的曲率半徑為1mm以下。
16.一種纖維成形體，其中將多個纖維成形體合為一體以形成空腔，且接合面所具有的角部的頂點呈尖銳狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的纖維成形體，其中所述接合面所具有的角部的曲率半徑為1mm以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種纖維成形體的制造方法，其中，在用含有纖維材料的漿料抄造濕潤狀態(tài)的纖維層疊體(10)后，對纖維層疊體(10)進行壓制成形，從而制造具有在兩個面(111、112)的交點處形成的角部(113)的纖維成形體。在角部(113)的附近設(shè)置加厚部分(104)，并通過壓制成形形成角部(113)。優(yōu)選對壓制成形中所使用的成形模進行加熱。優(yōu)選使纖維層疊體(10)局部地彎曲以形成加厚部分(104)。
文檔編號B22C1/00GK1954121SQ20058001520
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者高城榮政, 富田洋夫, 大崎雅之 申請人:花王株式會社