JPH08504701A - 補強複合材料製品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 主として木材またはセルロース性の繊維およびプラスチックを含む補強された複合材料を含む製品の製造方法を開示する。木材繊維を本質的に特定の厚さに粉砕し、長さに応じて分類する。プラスチックを粉砕し、予め決められた比率で木材繊維と混合し、補強複合材料混合物を形成する。この複合材料は、最終製品の主要構造または結合成分を形成する。繊維ガラスの様な他の構造成分と同様に、カップラーの様な他の薬品を加えることができる。深絞りした部分を有する製品を成形する場合、この混合物を型の上に堆積させ、複合材料混合物が型の形状を本質的に引き継ぐのに十分な温度および圧力を作用させる。記載する工程上の変動要素を選択的に修正することにより、強度、厚さまたは予備応力のかかった状態の様な、予め決められた物理特性を得ることができる。上記の方法により製造される製品も開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 補強複合材料製品の成形方法 発明の分野 本発明は、補強複合材料からなる製品の製造または成形方法に関する。本方法 は、特に成形製品の主要構造成分として廃棄木材および廃棄プラスチックを利用 できる様になっている。本方法の別の実施態様では、セルロース性木材繊維をあ る長さおよび厚さの範囲内で選択し、予め決められた方向で整列させ、最終製品 の所望の強度特性および他の意図する品質を達成する。最終製品における所望の 特性を達成するために本方法を改良または強化することができる、多くの他の実 施態様を開示する。 発明の背景 オリエンテッドストランドボード（ＯＳＢ）やパーティクルボードの様な製品 の製造では、木材繊維、特に廃棄木材から得られる繊維を利用することが良く知 られている。ＯＳＢ製品は、木材のストランドを尿素、フェノールおよびメラミ ン樹脂で結合することを提案しているElmendorfへの米国特許第３，１６４，５ １１号に記載されている。しかし、ＯＳＢ製品の製造に使用する方法の欠点は、 ＯＳＢ製品の形成に高圧が必要とされることである。ＯＳＢ製品は、ルーフィン グ材として使用する平らなシートには適しているが、深絞りまたは成形部分を有 する製品の製造には理想的ではない。その上、ＯＳＢ製品に許容される木材繊維 またはストランドの厚さおよび長さの範囲のために、この製品は、応力がその構 造マトリックスの全体にわたって一様に伝達される必要がある物体には不適当で ある。ＯＳＢ繊維の厚さおよび長さにばらつきがあるために、曲げ応力にさらさ れる製品には不適当な高圧および低圧区域が形成される。さらに、ＯＳＢ技術で は、米国特許第３，１６４，５１１号に記載されている様に、1/2インチより短 いか、あるいは６インチより長いストランドの使用が困難である。ＯＳＢと同様 に形成されるが、その主要構造成分としてストランドではなく、木粉を使用する パーティクルボードは、非常に緻密で脆く、その製造にやはり非常に高い圧力を 必要とする。パーティクルボードは、それに伴う構造上の制限があるために、著 しい負荷応力に耐える必要がある、ある形状を有する、平らでない製品には不適 当である。 ルーフィング材の様な平らな製品ではなく、物資の取扱いに使用されるパレッ トの様な、絞り部分を有する形状製品の製造に木材繊維を使用する他の方法が開 発されている。その様なパレットは、一般的に平らな支持表面を含み、そこから 、浅く、または深く絞った脚部が下方に突き出ている。その様な様々な方法が、 例えば米国特許第４，２２１，７５１、４，２４８，１６３、４，４４０，７０ ８、４，９６０，５５３、および５，１４２，９９４号に開示されている。これ らの文献は、製紙工場のスラッジ、木材繊維および充填材、例えばクレー、の固 体残留物、または他の供給源から得られる木材繊維の使用を記載している。これ らの文献に記載されている木材繊維は、フェノールホルムアルデヒド、レゾルシ ノールーホルムアルデヒド、メラミン−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデ ヒド、尿素−フルフラールおよび縮合フルフリルアルコール樹脂の様な熱硬化性 樹脂および有機ポリイソシアネートを、単独で、または組合わせで使用して結合 されている。これらの製品に結合剤としてイソシアネートを使用すると、その様 な結合剤は、その様な方法に使用した場合、密度に大きく左右されるので、一般 的に主要構造成分として様々な密度を有する木材繊維を混合できなくなる。これ は、主要構造成分として多くの異なった供給源から得られる廃棄木材を使用する 必要がある方式では重大な欠点である。これらの結合剤の使用には、環境に廃棄 物の流れを造る一因となる、湿分劣化に敏感な形状製品を形成したり、負荷を受 ける部分全体 にわたって一様な強度特性を有していない製品を形成する、などの欠点がある。 米国特許第３，１８７，６９１および４，２３０，０４９号に記載されている 様に、ある程度、プラスチックをセルロース性繊維マトリックス上の被覆として 、あるいは木材パルプスラリーへの添加剤として使用する、成形パレットおよび プラットホームも開発されている。それによって製造される製品は、他の結合剤 を使用する成形製品よりも優れた耐湿性を達成できるが、その様な製品は、上記 の強度制限を受けるか、あるいは手の込んだ複雑な製造工程を必要とする。場合 によっては、プラスチックが製品の最終製造工程における被覆としてのみ加えら れるので、主要構造成分ならびに結合剤としてプラスチックを使用した場合に達 成される強い結合、高い強度、および他の望ましい特性を与えることはない。 したがって、製品にかかる応力が本質的にマトリックス全体にわたって伝達さ れ、製品が、容易に形成できること、その強度特性を維持しながら深絞り形状に 形成できる能力、および湿分、昆虫および微生物により引き起こされる劣化に対 する耐性、などの他の特性を有する、特異的で、選択的な強度特性を有する形状 製品の製造方法がなお必要とされている。 また、廃棄製品を容易に利用でき、それによって廃棄物処理および埋め立ての 量を少なくする複合効果を達成し、廃棄物の焼却から環境を保護し、廃棄製品を 有用な製品の流れに戻す様な方法が必要とされていると考えられる。例えば、プ ラスチックを循環使用する運動があるが、組成の異なったプラスチックのほとん どが、組合せてより高品質の循環使用製品を製造するのに使用できないことを考 えても、その様な循環使用努力は著しく制限されていることが分かる。この様に 、循環使用プラスチックを高級な最終製品用の主要構造成分として使用できる公 知の用途は比較的限られている。 その上、木材繊維をある程度使用して完成複合材料製品を製造する公知の方法 は、廃棄木材を十分に活用しておらず、これらの廃棄木材は現在焼却されるか、 埋め立てられている。多くの公知の方法は、製紙工場のスラッジを木材繊維の供 給源として使用しているか、あるいは原木供給に依存しており、常に同じ種類の 木を使用している。すなわち、公知の方法は、上記の結合剤の制限および構造的 な不均質のために、様々な密度を有する、様々な種類の廃棄木材を同じ製法に容 易に受け入れることができない。 本発明は、様々な種類の廃棄木材を同じ製品中に取り入れ、それによって廃棄 木材をはるかに効率良く利用する方法を提供することにより、これらの欠点の多 くを克服する。さらに、本発明は、様々な種類のプラスチックを、主要結合剤と してのみならず、主要構造成分としても配合し、それによって、通常は組合せて 循環使用可能な製品に成形できない、様々な種類のプラスチックも活用する。本 発明の好ましい実施態様により製造される製品も、ここに開示する方法により循 環使用し、“二次製品”を形成することができるので、原料を有用な製品の製造 に何度も再使用することができる。 発明の概要 簡単に説明すると、本発明の一形態は、廃棄木材を、所望の、一様な厚さのセ ルロース性繊維のフレークに粉砕し、長さに応じて分類する方法を含む。各種の 高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）または低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の様な プラスチックも所望の大きさに粉砕する。セルロース性繊維はプラスチックと組 み合わされて複合材料混合物を形成する。繊維またはフレークの長さおよび選択 するプラスチックの種類は、最終製品に望ましい材料特性により異なる。さらに 、この混合工程でカップリング剤を加え、最終製品を形成し易くし、その製品に 望ましい特性を強化することができる。次いで、複合材料混合物を、繊維が長さ をそろえて配向する、または所望の方向に配置される様に、予め形成された型の 中に入れ、型上で複合材料のマットを形成する。次いで、このマットを、プラス チックが繊維全体に行き渡り、繊維管のすべての隙間および空間を充填するのに 十 分な熱および圧力を作用させる。本方法によりこれらの材料を使用することによ り、意図する構造および材料特性を有する製品が得られる。 本発明の別の実施態様では、第一の複合材料の混合物または第二の、異なった 複合材料の混合物からなる第二の層またはマットを、第一のマットの上に、木材 繊維が第一のマットの繊維の列に対してある角度で、例えば横切って整列する様 に配置してから加熱および加圧する。同様に、例えば第一のマットの材料混合物 と同じ材料混合物からなる第三の層またはマットを第二のマット上に配置するこ とができる。第三のマットの繊維も予め決められた位置で選択的に整列させ、最 終製品にさらに強度を追加する。次いで３つのマットまたは層を加熱および加圧 し、同様に３層中のプラスチックを各層の繊維間に移動させ、引張り層（tensio n layer）、中心層および圧縮層を構成する複合材料マトリックスを形成する。 系統的で、計画された繊維の配向により、マット全体に一様な強度特性が達成さ れ、製品にかかる負荷が繊維およびプラスチック構造マトリックスを通して伝達 され、負荷による破損を最少限に抑えることができる。 最終製品の材料特性は、上記の様な２または３層の製品を製造する場合、特に 引張りおよび圧縮層中に、様々な材料混合物中に繊維ガラスの粗糸を使用するこ とにより強化することもできる。本発明の製品の製造方法により、多くの変動要 素または成分を選択的に変えることができ、それによって製品を正確に加工し、 様々な所望の特徴を取り入れることができる。また、本発明の方法により、主要 構造成分のそれぞれに、環境を汚染する可能性がある廃棄製品を使用することが できる。これらの廃棄製品には、通常は焼却されるか、または埋め立てられる廃 棄木材、および耐分解性のために環境に最も悪い材料の一つである廃棄プラスチ ックが含まれる。この様に、本発明は、以前には主として廃棄物と考えられる材 料を活用する。しかし、本発明は廃棄材料の使用に限定されるものではない。非 廃棄または未使用の木材繊維、繊維ガラスおよびプラスチックも所望により使用 できる。 この複合材料技術および製造される製品の最も重要な特徴の一つは、この製品 がＭＯＲで、および初期破断点を超えて、どのように破損するかである。初期破 損の後の、この特性は、上記の様に、混合比、プラスチックの種類、および圧縮 比を変えることにより調整できる。破損が急激に起こり、製品強度の２５％〜７ ５％が最初の破断で完全に失われる、現在公知の製品とは異なり、本発明により 製造される製品は、急激に破損しにくい。 そこで、本発明の主目的は、主要構造成分および結合剤として、木材繊維、繊 維ガラスおよびプラスチックの補強複合材料混合物を使用する有用な製品の製造 方法を提供することである。繊維ガラスは主として曲げおよび引張り強度を高め るために使用する。 本発明の別の目的は、強度、耐性、耐摩耗性、形態および形状の様な、様々な 物理的特性を製品に与える様に選択的に設計された、プラスチックおよびセルロ ース性繊維複合材料からなる製品の製造方法を提供することである。 本発明の別の目的は、通常は廃棄物の流れに入れられ、環境に有害な様式で廃棄 される、木材、繊維ガラスおよびプラスチックの様な材料を活用する方法を提供 することである。 本発明の別の目的は、密度および木材品種の異なった繊維の混合物を使用でき る、構造成分としてセルロース性繊維を含む製品の製造方法を提供することであ る。 本発明の別の目的は、ここに開示する方法で製造された、深絞りした脚部を有 する様に形成され、木材繊維およびプラスチック構造マトリックスの全体にわた って負荷応力を一様に伝達することにより負荷を支える、材料取扱いパレットの 様な、有用な製品を提供することである。本発明の他の目的、特徴、および利点 は、添付の図面に関連する下記の明細書に記載する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の工程フローの一実施態様を示す図である。 図２は、本発明の一方法により製造された最終製品の全体図である。 図３は、本発明の一方法を使用して形成された製品のの各層を示す分解図であ る。 図４は、３点テスターを使用して行なった、合板試料に対する負荷試験の結果 を示す、負荷 対 変位のグラフである。 図５は、３点テスターを使用して行なった、合板試料に対する負荷試験の結果 を示す、負荷 対 変位のグラフである。 図６は、３点テスターを使用して行なった、オリエンテッドストランドボード 試料に対する負荷試験の結果を示す、負荷 対 変位のグラフである。 図７は、３点テスターを使用して行なった、オリエンテッドストランドボード 試料に対する負荷試験の結果を示す、負荷 対 変位のグラフである。 図８は、３点テスターを使用して行なった、パーティクルボード試料に対する 負荷試験の結果を示す、負荷 対 変位のグラフである。 図９は、３点テスターを使用して行なった、パーティクルボード試料に対する 負荷試験の結果を示す、負荷 対 変位のグラフである。 図１０は、３点テスターを使用して行なった、本発明により製造した複合材料 試料に対する数多くの負荷試験の結果の平均を示す、負荷 対 変位のグラフで ある。 好ましい実施態様の詳細な説明 幾つかの図で類似の番号は類似の部分を示す図面に関して、図１は、本発明の 一実施態様の工程フロー１０を示す。ここに記載する供給成分の原料は、一般的 に廃棄物流、すなわち廃棄木材、繊維ガラスおよび廃棄プラスチックを供給源と する。本発明で使用する廃棄木材は、一般的に２つの種類に分けられる。第一は 、 木材パレット、建築事業から発生する廃棄木材製品、および他の、乾燥および成 形を含む、予め処理された廃棄木材繊維の様な、予め処理された木材廃棄物であ る。廃棄木材繊維の第二の種類は、建築用材から発生する未処理または未使用の 繊維である。この繊維には、他の商業用木材製品への加工に適していない木のこ ずえ、非商業用木材、損傷を受けた、または病気の木材、および製紙および製材 所の廃棄物が含まれる。先行技術の方法と異なり、本発明の方法は、軟材および 硬材を、その様な木が生きていても、あるいは予め乾燥されていても、単独で、 または混合して使用するのに適している。使用できない廃棄木材には、ＣＣＡま たはクレオソートの様な危険な薬品で処理した木材が含まれる。その様な廃棄木 材の例は、電柱、鉄道の枕木、および他の、危険な薬品に露出された建材である 。さらに、本製法は、その“一次製品”の製造に樹皮、葉または草から得たセル ロース性繊維を使用しないが、その様な繊維は、ここに説明する様に“二次製品 ”に密度を加えるのに使用できる。 廃棄木材は、本発明に使用できる様に処理しなければならない。本発明の廃棄 木材処理工程の究極の目的は、廃棄木材を所望の長さおよび厚さに粉砕し、その 木材繊維を、予め決められた、所望の物理的特性を有する製品の製造に選択的に 使用できる様に分類することである。本発明の製法に使用する、以下に説明する 機械的装置はすべて公知の、市販されている装置である。幾つかの例を示すが、 その様な様々な形式の装置を取り入れて、本発明の基本的な製法は変えずに、工 程のフロー特性を改良または修正することができる。 パレット、建築から発生する木製梁材および他の木材屑および建物の取り壊し から発生する木材の様な、予め処理した廃棄木材の場合、廃棄木材はシュレッダ ーまたはクラッシャー１１に供給される。クラッシャーは廃棄木材を一般的に長 さ１〜１２インチの小さな固まりに粉砕する。建築廃材の様な予め処理された廃 棄木材は、通常金属を含む。クラッシャーは、システム１０中に供給された最初 の廃棄木材から釘やステープルの様な金属の大部分を除去する必要がある。シュ レッダーを通過した木材の固まりや金属は、第一の磁気金属分離装置１２により 処理される。この金属分離装置は、クラッシャー１２により粉砕された木材の固 まりに取り付けられていないばらの金属をすべて除去する。ばらの金属は材料処 理工程から廃棄物容器に送られる。次いで、木材の固まりは第一分類装置１３に 送られ、そこで一般的に1/8インチ以下の、最小の繊維または木粉、およびより 大きな木の固まり、例えば長さが１２インチを超える固まりが分離される。分類 装置１３は、一定の大きさを超える粒子を除去するか、あるいはその様な粒子を システム１０の次の工程に通過させる様に選択的に調節することができる。例え ば、分類装置１３は、所望の大きさの木粉または木材繊維を、これらの木粉や繊 維を以下に説明する様に一次または二次製品に使用しない場合には、システムか ら除去する様に設定することができる。この場合、木をシステムから除去し、シ ステム乾燥機の燃料として使用するか、あるいは他の目的に転用することができ る。同様に分類装置１３は、より長い木の固まりを、事実上どの様な長さでも、 シュレッダーに戻すか、あるいはその長さの木の固まりをさらにシステムを通し て進行させることができる。 次いで、分類装置１３を通過した、主要工程フローから外されなかった材料は 、第二の金属除去装置１４を通過する。Stern の磁気分離装置の様な市販の金属 除去装置１４で、金属が埋め込まれた残りの木片を検出し、シュレッダー１１に 戻すのに十分である。市販の金属除去装置は、金属を埋め込んだ木片を、例えば １個のステープル位小さなものまで検出し、これらの木片をシステムから除去す ることができる。分類装置１３から木を受け取る木のフレーカー１５は、金属に 対して非常に敏感である、すなわちフレーカーの刃は金属と接触すると容易に破 損する。さらに、金属がフレーカーを通り、フレーカーを損傷せずに最終製品中 に入っても、一般的に金属片が最終的な成形製品に有利であるとは考えられない 。 Stern のモデル106X27の様な金属検出器１６がシステム１０の中で金属除去装置 １４とフレーカー１５の間に配置されている。金属が、システムから排除されず に、またはシュレッダー１１に戻されずに、金属除去装置１４を通過する場合、 金属検出器１６は全工程フローへの、すなわちここで説明するすべての装置への 電力供給を停止する。 次いで、金属を含まない木片は木フレーカーまたはフレーク形成システム１５ に向けられる。本発明は、一定の予め選択された強度および他の望ましい物理的 および機械的特性を有する製品を製造するために、木の繊維の厚さおよび長さの 調整されたパラメータに依存しているので、フレーカー１５は本発明の製法にと って特に重要である。フレーカーも良く知られており、市販されている。好適な フレーカーには、例えばCAE モデル34-114およびPallmann and Mier 製のフレー カーがある。フレーカーは、木片を予め決められた厚さのフレークに粉砕する様 に選択的に設定することができる。フレーカー１５により製造された木のフレー クは、様々な長さの薄い木屑またはかんな屑に似ている。厚さが本質的に、予め 決められた範囲内で一様な、様々な長さのフレークを製造することを意図してい る。例えば、成形パレットの様な製品の製造では、厚さが．０１０インチ〜．０ ２０インチの範囲内にある木フレークを使用するのが最も好ましく、厚さ．０１ ５インチが最適であることが分かっている。好ましいフレークは約．０１５イン チ以下である。厚さが．０５０インチまでの繊維を使用して好適なパレットが製 造されているが、これがフレーク厚の上限と考えられる。負荷を支える様に設計 されたパレットの様な製品を製造するには、以下に記載する様な高圧および低圧 区域の存在を避けるために、特定の範囲内におけるフレーク厚の一様性が特に重 要である。 使用する木の種類に関して、単一種の木を使用するより、何種類かの木を組合 せた場合に一般的により優れた結果が達成される。さらに、シュレッダーは木の 固まりを切断または破砕する様に設定すべきである。木を切断または破砕せずに 、押し潰すと、好ましくない結果が得られることがある。平均約．０１５インチ 厚の木フレークの最適な厚さ対長さの比は、約３００対１である。これは、長さ 約４ 1/2インチの木フレークに相当する。さらに、平均約．０３８インチ厚の木 フレークの最適な厚さ対長さの比は、約１００対１である。これは、長さ約３ 7 /8インチの木フレークになる。さらに、本発明により製造される製品全体にわた るフレーク厚分布が、製品に使用されるフレークの約８０％に対して、プラスま たはマイナス約．００５インチの範囲内に入る場合に、本発明は全体的により優 れた結果を達成することが分かった。また、厚過ぎる、または上記の大体の範囲 よりも大きなフレークからなる製品は、特に材料取扱いパレットの様な負荷応力 に耐えるべき“一次要製品”で、好ましくない強度特性が生じることも分かって いる。 次いで、木フレークはフレーク乾燥機１７に入り、そこで木の水分が０〜５重 量％に低下する。やはり以下に説明する様に、本発明の製法には、木繊維の含水 量を指定の範囲内に調整することが重要である。５重量％の含水量は上限であり 、水分は可能な限りゼロに近いのが好ましい。しかし、軟材は湿った貯蔵環境で 大気中から水分を吸収するので、実質的にすべての水分を除去する様に乾燥させ た軟材でも、１〜１．５重量％の水分を大気中から吸収することが分かっている 。１〜１．５％の水分を含む木フレークは、含水量が約５％以下のフレークと同 様に、本製法で容易に使用することができる。木フレークは乾燥機１７から分類 装置１８に入り、そこで木フレークは長さにより分類および分離される。システ ム１０中のこの時点で、乾燥機１７から出て来る木フレークは本質的に、ある種 の用途における木粉を除いて、主要製品に有用な厚さの予め決められた範囲内に ある。本発明のこの実施態様では、分類装置１８が木フレークを３つの群に分け るが、分類装置は、所望の最終製品の特性に応じて、フレークをより多くの、ま た はより少ない群に分ける様に設定することもできる。この実施態様では、分類装 置１８は、乾燥した木粉、すなわち長さが約3/16インチ未満の木繊維を乾燥木粉 貯蔵庫１９に送る。これらの木粉は、主として二次製品に使用される。分類装置 １８は木フレークを２種類の長さ範囲に分類する。この実施態様の短いフレーク は、長さが約3/16インチ〜約３インチである。この長さ範囲のフレークは短フレ ーク貯蔵庫２１に送られる。長さが３インチを超え、理想的には長さが約８イン チまでのフレークは、分類装置１８により分離され、長フレーク貯蔵庫２２に送 られる。彫像庫１９、２１内の予備処理された廃棄木材フレークは、最終製品の 製造における他の材料と混合または組み合わされる。 木のこずえ、非商業的な木、および大枝の様な、未使用の、または予備処理さ れていない木の繊維を使用する場合、所望のフレークを製造するために、やや異 なった製法を使用する。樹皮は本発明の製法で使用する所望の成分ではないので 、その様な未使用木材は、樹皮除去装置２６で樹皮を除去しなければならない。 次いで、使用可能な木材はシュレッダーに送られ、上記の様にシステムを通過す る。通常、その様な未使用木材は金属を含まないので、この木材原料は金属除去 システム１２および１４を容易に通過する。しかし、未処理の未使用木材繊維は 、予め処理された廃棄木材よりも含水量が高い。未使用木材繊維を０〜５重量％ の所望の水分範囲に乾燥させるには、通常、フレーク乾燥機のパラメータを変え る必要がある。工程フローに対するこれらの調節は、当業者には良く知られてい るが、異なった木材原料を使用する場合は製法をある程度修正する必要がある。 本発明の方法および製品に使用する第二の主要構造成分はプラスチックである 。未使用または未処理のプラスチックも無論使用できるが、本発明の応用は、理 想的には廃棄プラスチックの使用に適している。実際に、危険な薬品で汚染され ていない、あらゆる種類の廃棄プラスチックを使用できる。本発明では、そこに 使用するプラスチックを２つの一般的な区分、すなわち高強度プラスチックおよ び 低強度プラスチックに分類する。しかし、プラスチックを特定の種類、分子量ま たは他の物理的、構造的または機械的特性に応じて分類する様に製法を改良する こともできよう。これは、最終製品が１種類のプラスチックだけを使用する場合 には、望ましかろう。しかし、成形パレットの様な、大部分の製品の製造では、 高強度および低強度区分内の異なった種類のプラスチックを混合し、使用するこ とができる。高強度プラスチックには、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリ 塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰＥ）、その他の高分子量プラスチ ックがある。低強度プラスチックには低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ストレ ッチ−ラップ型プラスチック、ポリスチレンおよび他の低分子量プラスチックが ある。 本発明では、プラスチックが高強度プラスチックであれ、低強度プラスチック であれ、そのプラスチックを約1/8インチ×1/8インチの大きさに粉砕する。プラ スチックをこの粒子径に粉砕することにより、成形工程または最終製品製造の際 にプラスチックが分散および移行し易くなる。ＬＤＰＥやフィルム型プラスチッ クの様な低強度廃棄プラスチックは、一般的に廃棄プラスチック処理業者から梱 包された形態で供給される。この様に梱包されたプラスチックは、脱梱包装置２ ７に供給され、そこでプラスチックが脱梱包され、分類され、次いで造粒装置２ ８に供給され、そこでプラスチックは約1/8インチ×1/8インチの大きさに粉砕さ れる。次いでプラスチックは低強度プラスチック貯蔵庫２９に送られる。ＨＤＰ Ｅの様な高強度プラスチックは造粒装置２８に直接供給され、そこでやはり約1/ 8インチ×1/8インチの大きさに粉砕される。上記の様に小さく粉砕されたプラス チックは、高強度プラスチックでも低強度プラスチックでも、ここでは顆粒と呼 ぶ。しかし、プラスチックが本質的に小さく、理想的には1/8インチ×1/8インチ の大きさの顆粒に粉砕されていることが重要である。造粒装置２８により処理さ れた高強度プラスチック顆粒は高強度プラスチック貯蔵庫３１に送ら れて貯蔵される。所望により、様々な長さ、厚さおよび／または幅の木材フレー クをいずれかの貯蔵庫で混合することができる。同様に、様々な種類および強度 のプラスチックをいずれか１箇所のプラスチック貯蔵庫に向けることもできる。 本製法のこの時点で、最終製品の主要構造成分である、木材繊維から得られた様 なセルロース性繊維およびプラスチックが混合に好ましい状態に処理されたこと になる。 本発明は、公知の成形および押出し装置を使用し、最終製品の製造で処理する 。例えば、単層の、または補強された複合材料のマットからなる成形パレットを 製造する場合、予め決められた量の、所望の長さおよび種類のセルロース性繊維 、および予め決められた量の、所望の強度のプラスチックを混合して複合材料混 合物を形成する。以下にさらに詳細に説明する様に、最終製品の物理的特性に影 響する、加算、減算、または修正できる多くの変数がある。その様な組合わせの 例を示すが、負荷に耐えられる能力を有し、強くなければならない物体または最 終製品は、一般的に長い木材繊維および高強度プラスチックおよび／または繊維 ガラスを使用する。その様な製品の例としては、材料の支持および取扱いに使用 される成形パレットがある。逆に、本質的な強度は必要なく、形状を維持するこ とだけを必要とする製品は、大部分が短い繊維またはフレーク、または木粉、お よび低強度プラスチックを含む。その様な製品の例は、自動車用の成形された内 装パネルであろう。 製品の製造における残りの工程は、脚部の様な深絞りした部分を有するパレッ トを、補強複合材料の単層またはマットから製造する方法を例にとって説明する 。パレットは重量を支えることを意図しているので、主要構造成分として長い木 材フレークおよび高強度プラスチックを選択する。第一に複合材料の量を、意図 する最終製品の大きさ、形状および厚さに応じて計算する。例えば、最終体積の ６０％が木材フレークで構成する場合、この体積を長いフレークの貯蔵庫２２か ら 第一ブレンダー３２に送る。製品の第二の主要構造成分、ＨＤＰＥをプラスチッ ク貯蔵庫３１からブレンダー３２に、ブレンダー総容積の３７％を占める様に送 り、そこで木材フレークおよびプラスチックを一様に混合する。各貯蔵庫は、予 め決められた量の構造成分を貯蔵庫からブレンダーへ配送するための通常の重量 測定および軽量機構を有する。重量測定および軽量機構はコンピュータ制御され 、全体的な工程管理システム中に統合されている。ここで説明するブレンダーは 、従来公知のドラム型ブレンダーである。最終製品の意図する主要特性は強度で あるので、カップリング剤またはカップラーをカップラー貯蔵庫３３からブレン ダー３２に加える。カップラーは、最終混合物の総体積の３％を構成する。カッ プラーは融解温度が低いワックスであり、プラスチックの分散、プラスチックの 移行、浸透および流れを促進し、様々な種類のプラスチック間、およびプラスチ ック、木および繊維ガラス間の界面および相容性を改良し、最終製品を型から離 し易くし、プラスチックの、繊維に対する密着性または繊維中への浸透性を改良 する。したがって、カップラーの添加により、最終製品の強度が増加することが 分かる。カップラーの、廃棄木材に対する性能は、未使用木材に対するのと一般 的に同じである。しかし、未使用木材フレークは、フレーカー１５で処理した後 の長さおよび幅の分布がより一定しているので、それに使用するカップラーの量 は少なくて済む。 カップラーは、個々の木材フレーク、繊維ガラス補強ストランドまたは他の複 合材料成分上へプラスチックを一様に分布させるのに非常に重要である。木材お よび繊維ガラスにカップラーを塗布するのに好ましい装置は、ワックス系のカッ プラーを小さな、1/8〜3/16インチ直径の“滴”として塗布するNordson Model 6 120/H204 システムである。このシステムはカップラーを融解させ、コンピュー タ式の調整装置により、カップラーの滴を指定の比率でブレンダー３２または４ ２中の繊維に塗布する。各滴は半液体であり、固化する過程で、小さなプラスチ ック粒子に付着する。それが固化すると、プラスチックはフレークまたはストラ ンドに堅く接着する。接着した繊維およびプラスチックはさらに処理され、加工 されるので、これは使用するカップラーの重要な特徴であり、プラスチックまた はカップラーは繊維から離脱できなくなる。カップラーが密着していないと、マ ット内のプラスチック分布が不均一になる。 プラスチックおよびカップラーを木材繊維に塗布する別の方法は、この分野で 公知の、単スクリュー押出し機の使用であるが、これはプラスチックおよびカッ プラーの両方を融解させ、必要な圧力をかけ、液体プラスチック／カップラーの 小滴を木材繊維に直接塗布する。 下記の例は、ＨＤＰＥおよびＬＤＰＥプラスチックおよび様々なカップラーお よびワックスを使用して引張り試験を行なった試験結果である。 上記の試験結果は、例えば平均５３０ポンドの熱硬化性ＰＦ系に匹敵する。カ ップラーの塗布率は、製品強度条件、製品が深く成形されているか、あるいは平 らであるか、マットに必要とされるプラスチックの量、および使用するプラスチ ックの密度により異なる。原則的に、使用するカップラーの量は、マット全体の １重量％〜最高４重量％である。フィルム型の廃棄プラスチック、すなわちＬＤ ＰＥおよびＬＬＤＰＥは、ＨＤＰＥより僅かに多くのカップラーを必要とする。 使用する各プラスチックおよびカップラーは、それ自体の処理変数、すなわち それらが融解し、流動または移行する点を有する。この点は、これらの成分をマ ット内で移行させるのに必要なプレス圧の量と関連している。プラスチックが液 化する前に圧力をかけると、プラスチックが非常に局在化し、十分に流動、浸透 および繊維被覆しない。プラスチックはマット内で熱を浸透させる、または伝達 する主要素であるので、このために熱伝達も悪くなる。熱伝達が高過ぎると、プ ラスチックの一部が架橋し、製品の強度が低下することがある。 １個の最終製品を製造するのに十分なセルロース性繊維／プラスチック／カッ プラー混合物、つまり補強複合材料混合物の予め決められた量が、ブレンダー３ ２からマット成形ヘッド３４に配送される。マット成形ヘッド３４は、当業者に 良く知られた、成形複合材料工業で一般的に使用されている型のヘッドであり、Sandbergら への米国特許第５，１４２，９９４号に記載されている。好ましい、 通常の成形ヘッドにより、木材フレーク特定の方向に整列する。この成形ヘッド は、エンドレスマットを製造し、それを様々な長さに切断してからプレスするこ とができる。あるいは、深く成形する製品の場合、金属製の当て板を使用する。 本発明では、アルミニウムの当て板（図には示していない）を、従来の当て板再 注入システム３５から成形ヘッド３４の下に向ける。成形ヘッド３４は予め決め られた量の複合材料混合物を、当て板再注入システム３５から来る金属製の当て 板の上に配送し、当て板上に複合材料混合物のマットを形成する。マットは、当 て板上に一様な厚さに堆積し、この例ではパレットの深絞りした脚部を構成する 、型または当て板の深絞りした部分の中にも入り込む。成形ヘッドは、型の脚部 の様な深絞りした部分の中に混合物を詰めるための手段（図には示していない） も含み、その手段は緻密化装置とも呼ばれることがある。次いで、当て板および 複合材料マットは、Globe Manufacturing Company により製造されるモデル18Z Pre- Press の様なダイまたはプレス３０に配送される。マットが型または当て板の形 を本質的に引き継ぐ様に、十分な圧力および温度をマットに作用させる。ダイに よりかけられる圧力および温度は、使用する複合材料混合物の種類および混合、 およびマットを形成する混合物の量により異なる。当業者には、これらの材料に 個別にかけられる温度および圧力のパラメータは明らかである。例えば、本シス テムは、表面温度約３９０゜Ｆ〜４００゜Ｆに加熱され、４５０psi以下の圧力を 有するダイまたは型を使用して効果的に運転されている。上記の温度で、最終製 品は約２００psiの圧力で効率的に製造されている。 一般的に、長さが約1/2以下の木材繊維および木粉は、高い強度および物理特 性を達成するためには、高い圧力を必要とする。最終製品中の木材フレーク圧縮 は、製造する製品の種類およびそれが必要とする強度により異なる。一般的に、 ほとんどの製品には、プレス３５内の最適な熱伝達、プラスチック移行およびフ レーク浸透および被覆に、５％〜１５％のフレーク圧縮で十分である。さらに、 各プラスチックは、そのプラスチックが最も効率的に成形される、非常に特異的 な作動温度を有する。温度が低過ぎると、プラスチックは融解せず、流動または 木材繊維に浸透しない。温度が高過ぎると、プラスチックが架橋する、または劣 化し始めることがある。加圧成形ヘッドまたはプレス３５の主要機能は、マット を固め、マット中のプラスチックの移行、流動および各成分の熱伝達を行なうこ とである。ＬＤＰＥまたはＨＤＰＥを加工する通常の熱および圧力は、３５０゜ Ｆ〜４００゜Ｆおよび５０psi〜２５０psiである。 熱プレス中で冷却工程を行なうこともできるが、熱プレスの外で冷却する方が より効率的である。熱プレスサイクルの最後におけるこの工程では、プレス３５ が、構築されたマットを上に載せているアルミニウム当て板を開き、製品を型か ら外に引き上げる。型がマットの高温プラスチック表面に粘着しない様に、離型 剤を使用することができる。製品またはマットは、熱プレス３５の外にある冷却 型に搬送される。必要な冷却型圧力は、約５０psi未満である。この工程により 、同じ型で一定の加熱および冷却を行なう必要がない。冷却サイクル時間は一般 的に加熱および圧縮サイクルより短い。 冷却工程は、プラスチックの所望の形状、大きさおよび所望の張力に対する記 憶を固定する点で非常に重要である。プラスチックは一般的に、他のほとんどの 材料よりも熱膨張率が高い。ＬＤＰＥおよびＨＤＰＥの収縮率は立方体積で平均 ３．１％である。複合材料技術では、膨張および収縮の両方を考慮する。膨張側 では、これは作用するプレス圧を支援する。プラスチックが融解する時、プラス チックは膨張し、低圧区域における移行、被覆、熱伝達および充填を促進する。 複合材料が冷却する時、複合材料は収縮し、マットまたは製品を緻密化し、決め られた形状および所望の大きさに対するプラスチックの記憶を固定する。この収 縮特徴は、プラスチックが冷却する時、本材繊維の周囲で引っ張られ、繊維に予 備張力を与えるのに役立つので、製品の性能を強化する。製品に外部の負荷がか かる時、プラスチックは外部から作用するすべての負荷をより均一に分散させる 。プラスチックの重要な特徴の一つはその記憶である。一度硬化し、次いで応力 がかかると、プラスチックは一般的にその本来の形態または形状に戻る傾向があ る。従来のシステムから使用するプレスシステムの種類に応じて、成形されたマ ットはプレス内で冷却するか、あるいは冷却型３６に移送される。 次いで成形された製品は、通常の方法で金属製の当て板から分離され、当て板 は当て板再注入システム３５に戻され、上記の工程フロー中に戻される。次いで 完成した製品は品質管理分析用の応力選別機３７に送られる。応力選別機３７は 、公知のどの様な光学的および／または超音波式応力選別機でもよい。最終製品 が品質管理分析に合格した場合、その製品は製法システムから取り出される。製 品が何かの理由で、欠陥があるとして不合格になった場合、その製品はシュレッ ダー１１に戻され、特に二次製品に使用するためのシステムを通して再処理され る。 上記の工程は、“一次製法”と呼ばれ、一次製品または本発明の製品と考えら れる最終製品を製造する。一次製品製造の別の例は、多層のマットからなる最終 製品であり、各マットは、最終製品の全体的な物理特性に貢献する、予め決めら れた物理特性を有する。例えば、第一の伸長層、第二の中心層、および第三の圧 縮層の３つの層を有する、パレットの様な多層製品を製造することができる。そ の様な製品の製造では、伸長および圧縮層には、上記の一般的なパラメータの下 で高強度複合材料混合物の組合わせを含み、第二の中心層には、最終製品に密度 を加える、低強度の組合わせを含むのが好ましいことが分かっている。その様な 製品の製造では、例えば３インチ〜８インチの長いフレーク、およびＨＤＰＥの 様な高強度プラスチックおよびカップラーを、木材フレークまたはセルロース性 繊維６０体積％、ＨＤＰＥ３７体積％およびカップラー３体積％の比率でブレン ダー３２に配送する。この補強複合材料混合物をブレンダー３２中で混合し、あ る量の混合された混合物を成形ヘッド３４に配送する。金属製の当て板を当て板 再注入システム３５から成形ヘッド３４に送り、そこで成形ヘッド３４により、 第一層または補強複合材料混合物の第一マットを該当て板上に、すべての木材繊 維が予め決められた方向に整列する様に堆積させ、マットを緻密化させる。この 例では、第一マットは最終製品の総体積の２５％を占める。次いで、第一マット を載せた同じ当て板を第二のマット成形ヘッド４１に向け、そのヘッドが複合材 料の第二層またはマットを第一層の上に一様に堆積させる。この例では、複合材 料の第二の中心層は、最終製品の材料の総体積の５０％を占め、第二ブレンダー ４２中で混合され、マット形成ヘッド４１に配送された、3/16〜３インチの短い セルロース性繊維およびＬＤＰＥの様な低強度プラスチックからなる。第二層中 のセルロース性繊維は、マット成形ヘッド４１に関連するフレーク整列装置によ り、第一層中に配置された繊維の配向を横切る様に配向される。次いで同じ当て 板を成形ヘッド４３に向け、このヘッドが補強複合材料製品の第三マットを第二 マット上に堆積させる。第三の、つまり最上部のマットは、この例でマット成形 ヘッド４３により堆積させた第一または底部層に関して上に記載したのと同様に 、第一ブレンダー３２から成形ヘッド４３に配送された、強度がより高い補強複 合材料混合物からなる。マット成形ヘッド４３により堆積したセルロース性繊維 は、第一または底部マットの繊維と同じ方向で、成形ヘッド４１により堆積した 繊維の配向または整列方向を横切る様に整列する。したがって、第一または底部 層および第三または最上部層は、組成およびフレーク整列の点で本質的に同等で ある。さらに、上に記載した様に、各マット成形ヘッドは、各マットを堆積させ た後で、セルロース性繊維を当て板の深絞りした部分の中に押し込む、または詰 める緻密化装置を含む。これによって、各マットが堆積した後で、当て板および それに伴う混合物が加熱および加圧される前に、繊維がある程度緻密化され、深 絞りされた部分の中に詰め込まれる。 低強度製品では、単層中に短いフレークを不規則な配向で分布させることがで きる。最終製品中の、より高い強度を必要とする成形区域および深絞り部分およ び形状は、強度条件に適合するために、より長いフレークの分散および木材繊維 が異なった方向に整列した層状のマットを使用する。例えば成形パレットでは、 表面層に３インチ〜８インチのフレークを使用し、機械方向には３インチ以上の フレークのみを整列させ、表面層がマット全体の２０％〜３０％を構成すること ができる。中心層は、例えば約3/16インチ〜３インチフレークを使用し、３イン チ以上はそれを横切る様に、あるいは機械を横断する方向に整列させることがで きる。フレーク長および成分分布の百分率、ならびに総体積、カップラーおよび 各層に使用するプラスチックの種類の様な変数は、所望の製品特性に応じて調節 できる。 次いで、同じ金属製当て板をマット成形ヘッド４３からプレス３０に送り、そ こで温度および圧力を作用させる。第一の例に関して上に記載した様に、温度お よび圧力によりプラスチックがマット全体に移行し、セルロース性繊維間の、お よび内の隙間を充填する。次いで製品はプレス３０内で冷却されるか、または冷 却プレス３６に送られ、そこでプラスチックの記憶が固定され、最終製品が得ら れる。製品は選別され、合格するか、または不合格になって上記の様にシステム に戻される。 システム全体または工程を統合し、コンピュータ制御する。公知の装置のその 様なシステムの制御は、その様なコンピュータ制御システムに簡単に組み込むこ とができる。フレーカーの入口で金属が検出されるとシステム全体を停止できる ことは前に記載した。同様に、この連続システムはその様な統合された制御に理 想的であると考えられる。誤作動または問題が個別装置のいずれかに関連する場 合、その様な問題は制御システム内のセンサーにより自動的に検出され、残りの システムは停止するか、あるいは問題が解決するまで修正される。 本発明の多成形ヘッドおよび多ブレンダー製法では、選択された物理特性を有 するどの様な数のマットまたは層でも、使用する装置の公差内で最終製品に取り 入れることができる。所望により、望ましい特性を有する薬品をブレンダー３２ または４２に添加することにより、他の物理特性を製品に取り入れることができ る。例えば、最終製品がより強力な殺菌特性を示すことを意図する場合、添加剤 の貯蔵部またはタンク４４に含まれる殺菌剤をブレンダー３２および／またはブ レンダー４２に注入し、補強複合材料混合物中に配合することができる。使用可 能な他の添加剤には農薬または染料があるが、有害な相互作用を起こさない、ま たは補強複合材料混合物の層含水量が最高５重量％を超える様な水分を含まなけ れば、どの様な添加薬品でも可能である。この分野で良く知られている様に、安 全な水準を超える水分を含む混合物は、プレス作業中に爆発の様な事故を引き起 こすか、あるいは少なくとも最終製品に剥離または他の好ましくない特性をもた らすことがある。したがって、異なった薬品または添加剤を補強複合材料混合物 中に加えることにより製法を修正する場合、含水量の制限を考慮することが不可 欠である。 所望により、繊維ガラスの粗糸の様な繊維ガラスを加え、特に最終製品により 高い強度特性を与え、引張り性および剛性を改良することができる。上記の３層 パレットの例では、シュレッダー４６で粉砕しておいた、廃棄または未使用繊維 ガラスを、貯蔵庫４５から、ブレンダー３２中に含まれる混合物に加え、繊維ガ ラス粗糸を第一または底部の層および第三または最上部の層の両方に加える。こ の繊維ガラスの添加により、最終製品の強度が大幅に増加することが分かってい る。しかし、繊維ガラスは、中心層中の一つのマット層または幾つかのマット層 中に不規則に混合することができる。全体的に繊維ガラスとプラスチックの組合 わせからなる最終製品の製造も可能である。原料成分が所望の比率で混合され、 上記の方法により成形されることだけが重要である。これによって、使用済み繊 維ガラスを埋め立ての様な代表的な廃棄物の流れからそらせ、繊維ガラスをさら に他の循環使用製品に再使用する可能性が生まれる。 非常に高い強度を必要とする用途、特に引っ張りおよび剛性（弾性率）の改良 には、２種類の廃棄繊維ガラスが使用される。３インチ〜８インチに切断した繊 維ガラス粗糸補強ストランドを使用することができる。この材料は、各ストラン ド中に連続繊維ガラスフィラメントを有する。マット材料の形態の繊維ガラスも 使用できる。このマット材料は紙と同様に製造され、不規則な繊維を有する。こ のマットを２インチ×２インチ片に裁断する。繊維ガラスの繊維はマット全体に わたって不規則に混合することができる、あるいは選択的に、すなわち引っ張り または圧縮層中に、あるいはマット表面にも使用できる。粗糸型の繊維ガラス繊 維は、直接的な強度改良に必要であれば、木材繊維の整列に関して上に記載した 様に、整列させることができる。しかし、繊維ガラスの通常の用途は、高強度を 必要とする製品に限られている。 廃棄繊維ガラスおよび廃棄プラスチックだけからなる製品も、同じ工程システ ムで製造することができる。粗糸およびマットに加えて、マットガラスから切り 取った縁部の様な、幾つかの他の種類の廃棄繊維ガラスも効果的に使用されてい る。使用する廃棄繊維ガラスはすべて細かく、小さな固まりまたは繊維にしなけ ればならないが、1/2インチ×1/2インチの繊維の固まりが使用可能な最小の大き さである。成形システム３５は、この成形システムを改良する必要なく、この大 きさを処理する。より小さな繊維ガラスも使用できるが、良く知られた、パーテ ィクルボード製造に使用される様な、一般的に異なった成形システムが必要であ る。 “一次”製品または特別に造られた物理特性および品質を有する製品は、上記 の方法を使用して製造されるのに対し、“二次”製品も、品質のより低い原料を 使用して、または一次製法で製造され、不合格になった製品を再使用して製造す ることができる。二次製品とは、一定の形態をとらなければならないが、パレッ トの場合、深絞り形状に成形され、特別な高い応力に耐える能力の様な、一次製 品の様な厳しい物理特性を示す必要はない製品であると考えられる。この製法を 使用する二次製品の例は、重大な強度特性は必要とされない状況で使用される、 ４インチ×４インチの造園用フレーム材であろう。二次製品の製造では、分類装 置１８により分離され、木粉貯蔵庫１９に貯蔵された木粉は、上記の様にプラス チックと混合し、成形するためにブレンダー３２に供給されるか、あるいは従来 の押出し機システム４６に送られる。木粉は、一般的にその様な最終二次製品の 密度を小さくするが、望ましい、より長い木材繊維マトリックスは存在しないの で、長い木材繊維により付与されるのと同じ強度特性は得られない。製品の密度 に影響する主な変数は、使用するプラスチックおよび繊維ガラスの種類および量 、および冷却時の収縮率である。製品密度は、木材繊維が圧縮される程度には、 あまり左右されない。製品内部の結合または密着性の方が、木材繊維の圧縮によ る 木材繊維中へのプラスチックの良好な分散、移行および浸透により大きく影響す る。 さらに、一次製法により製造され、欠陥ありとして不合格になった最終製品は 、シュレッダー１１でシステム中に再導入され、そこで細かく粉砕され、全部が 乾燥貯蔵庫１９に送られ、後で二次製品に使用される。この様にして、上記の方 法で使用される材料の実質的にすべてが、一次製品に取り込まれるか、あるいは 再使用され、二次製品に配合される。一次製品または最終製品は、一次製品とし ての耐用寿命が尽きた後、システムに戻し、同様に二次製品に成形することがで きる。 上記の手順は、本発明の方法の基本的な工程を説明している。しかし、特定の 最終製品の製造では、この方法で使用される多くの変数を追加、修正または除去 することができる。例えば、これらの変数には、セルロース性または木材繊維の 長さ、補強複合材料混合物に配合される繊維の体積量、様々な量で加えるワック スまたはカップラー、使用するカップラーの種類、使用するプラスチックの種類 または組合わせ、混合物中のセルロース性繊維のプラスチックに対する比率、繊 維ガラスの添加、最終製品中に２層以上の使用、繊維ガラスの上記の成分との併 用、および化学添加剤の使用がある。長繊維、高分子量または高密度プラスチッ ク、カップラー、繊維ガラスおよび多層の様な材料を使用することにより、高い 強度を製品に与えられること、および短いセルロース性繊維または木粉および低 強度プラスチックは、高強度ではなく密度を与えることが分かっており、それを 記載したが、僅かに異なった物理特性を有する最終製品を製造するために、これ らの変数のどの様な組合わせでも可能である。例えば、下記の表は、補強複合材 料製品の製造に使用する成分により示される機械的特性を示す。 III．繊維ガラス補強、マット、その他 単フィラメント引張り平均＝205,000〜298,000 単フィラメントヤングモジュラス平均＝1,200,000〜1,350,000 上記の製法によりパレットを製造した。下記は、本発明の製法を使用し、様々 な材料組成で製造したパレットの相対的な強度の例である。 図２は、上記の３層製法を使用して製造した成形製品を示す。この例に示す製 品は、材料の取扱いに使用するパレットを逆さにして示したものであるが、本発 明はその様な製品に限定するものではない。上記の様に成形できる、事実上すべ ての製品が、本発明の製法を使用して製造することができる。その様な製品には 、自動車用内装パネル、反転および隆起成形品の様な装飾トリムまたは成形品、 キャビネットドアおよびドア挿入物、小箱、ドア、および圧縮成形品がある。パ レット１１０は、一次最終製品であり、上記の様にして形成された、外側に突き 出した深絞り部分またはパレット脚部１１１を有する。パレット１１０は、好ま しくは第一または引張り層１１２、第二または中心層１１３、および第三または 圧縮層１１４を有する多層パレットである。好ましくは、上記の様にパレット１ １０の底部表面層１１４にやや多くのプラスチックを塗布することができる。底 部表面層１１４にプラスチックを追加することにより、パレットは、負荷がかか っていない時、僅かに中高になる、すなわち、パレット１１０が負荷を支えてい ない場合、中央の脚が地面または支持表面から僅かに離れる。この現象は、プラ スチックが冷却する時に硬化するためである。これによって、プラスチックに前 応力がかかり、負荷を支える時のパレットのたわみを低減することができる。パ レットのそりを低減させるもう一つの方法は、引張り層１１２に高強度ＨＤＰＥ だけを使用し、パレットの縦方向に沿って整列した長い木材フレークを使用する ことである。これによって、引張り側の応力がマットマトリックス全体により良 く伝達され、局所的な応力を避けることができる。上記の製法を使用して製造さ れたパレットは、負荷容量が動的状態では２８００ポンド、静止状態では３０， ０００ポンドである。パレットの重量は一般的に２８〜３５ポンドであり、密度 は４０〜５５ポンド／立方フィートである。甲板厚は3/8〜1/2インチ、脚部側の 壁厚は甲板厚の約９５％〜１２５％である。 図３は、パレット１１０の個別マットを構成する３層を図式的に表す分解図で ある。マット１１２は、マット１１０の縦軸αに沿って配置された長い木材繊維 １１５を含む。繊維１１５は、好ましくは長さが３インチ〜８インチの長い木材 繊維である。第二または中心マット１１３は、縦繊維１１６の方向を横切る様に 配置された短い繊維１１６を含む。マット１１０の底部または圧縮層１１４は、 組成および繊維整列がマット１１２のそれと本質的に同じである。製品１１０の 補強複合材料混合物および製造方法は、３層を有する製品の製造方法に関して上 に記載したものと同等である。 本発明により製造された、パレットの様な製品は、合板、オリエンテッドスト ランドボードおよびパーティクルボードの様な、公知の複合材料で製造された類 似の製品よりも優れた強度特性を示す。降伏時の負荷、降伏時の応力および弾性 率を測定するために、合板、ＯＳＢ、パーティクルボードおよび本発明の“新規 な製品”の試料に比較試験を行なった。試験結果を下記の表に示す。 試験はＡＳＴＭの３点試験方法を使用して行なった。合板、ＯＳＢおよびパー ティクルボードの各試料にそれぞれ２回の試験を行なった。残りの試験結果は、 本発明の複合材料製品の３点の試料に対して行なった試験を反映している。試料 Ａは、実施例Ｄ、試験番号Ｖ（長く、厚いフレークおよび薄く、長いフレーク） で上に挙げた構成材料からなる。試料Ｂは、木材６０％、プラスチック３９％、 カップラー１％の構成材料からなる。試料Ｃは、木材５９％、プラスチック３９ ％、カップラー２％の構成材料からなる。本発明の製品の各試料に対して４回の 試験を行なった。試験結果から、新規な製品の弾性率は９５８，４００psi〜１ ，０９６，００８psiであることが分かる。これは、合板の８２６，０００〜９ ８６，７００psiおよびオリエンテッドストランドボードの４６５，７００〜４ ３１，８００psiに匹敵する。さらに、本発明の製品は、水に対して本質的に不 透過性であり、したがって水による弱体化に対して、合板、パーティクルボード 、ＯＳＢおよび板ほど敏感ではない。図４〜９は、それぞれ上記の試験１〜６の 結果をグラフで示す。図１０は、上記の試料Ａ、試料Ｂおよび試料Ｃに対して行 なったすべての試験に関する平均試験結果を示す。これらの試験結果は、本発明 により製造された製品は、破損後にも強度特性を急激に失わないことを示してい る。 これらの特性は、材料取扱いにおけるパレットの使用の様な、本発明の上記の用 途に極めて望ましい。 上にも記載した様に、製法およびそれによって製造された製品に関して、上記 の変数を変えることにより多くの変形を行ない、予め決められた、ただし異なっ た物理特性を有する製品を製造することができる。したがって、本発明を好まし い形態でのみ説明したが、当業者は、下記の請求項に記載する本発明の精神およ び範囲から逸れることなく、多くの追加、削減および修正を行なうことができる 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．予め形成された型を使用して複合材料の製品を製造する方法であって、 （ａ）セルロース性繊維およびプラスチックを混合し、複合材料混合物を製造 する工程、 （ｂ）前記複合材料混合物の少なくとも一部を前記型の上に堆積させ、前記型 上に複合材料混合物のマットを形成する工程、および （ｃ）前記マット上に、前記マットが前記予め形成された型の形状を本質的に 引き継ぐのに十分な熱および圧力を作用させる工程 を含むことを特徴とする方法。 ２．工程（ｃ）の前に、前記複合材料混合物の中の前記セルロース性繊維を予め 決められた方向に整列させることを特徴とする請求項１の方法。 ３．工程（ｃ）の前に、前記複合材料混合物にカップリング剤を加えることを特 徴とする請求項１の方法。 ４．工程（ｂ）の前に、前記複合材料混合物にカップリング剤を加えることを特 徴とする請求項１の方法。 ５．工程（ｂ）の前に、前記複合材料混合物に繊維ガラスを加えることを特徴と する請求項１の方法。 ６．予め形成された型を使用して複合材料の製品を製造する方法であって、 （ａ）セルロース性構造をセルロース性繊維のフレークに粉砕する工程、 （ｂ）プラスチックを顆粒に粉砕する工程、 （ｃ）前記フレークおよび前記顆粒をカップリング剤と混合し、第一複合材料 混合物を形成する工程、 （ｄ）予め決められた量の前記第一複合材料混合物を前記型の上に堆積させ、 前記フレークを選択された方向に配向させ、前記型上に前記第一複合材料混合 物を含む第一マットを形成する工程、および （ｅ）前記第一マット上に、前記第一マットが前記予め形成された型の形状を 本質的に引き継ぐのに十分な熱および圧力を作用させる工程 を含むことを特徴とする方法。 ７．工程（ｅ）の前に、追加のセルロース性繊維フレークおよび追加のプラスチ ック顆粒を混合して第二複合材料混合物を形成し、予め決められた量の前記第二 複合材料混合物を前記第一マットの上に堆積させ、前記第二複合材料混合物を含 む第二マットを形成することを特徴とする請求項６の方法。 ８．工程（ｅ）の前に、予め決められた量の前記第一複合材料混合物を前記第二 マットの上に堆積させ、前記フレークを選択された方向に配向させ、第三のマッ トを形成することを特徴とする請求項７の方法。