专利名称：纤维成形体的制造方法及装置、纤维成形中间体和纤维成形体的制作方法
技术领域：
本发明涉及纤维成形体的制造方法、该制造方法中所使用的含有抄造模的制造装置、纤维成形中间体和抄造成形体。
背景技术：
作为纤维成形体的制造方法，已知有将含有纤维材料的纤维层叠体抄造，并将该纤维层叠体配置在模具内进行压制成形，从而制造纤维成形体的方法。在所述制造方法中，广泛采用下述的工序，即由含有纤维材料的浆料获得湿润状态的纤维层叠体，将所述纤维层叠体配置在已加热到预期温度的干燥模具内进行干燥并压制。
但是，使多个纤维成形体结合成一体以形成空腔，并向所述空腔供给例如熔融金属(以下称为熔液)以制造铸件时，结合体的接合面的角部(各个纤维成形体的角部)113的顶点在带有圆角时，在其圆角部分形成楔型空隙(参照图23)，熔液进入该间隙中，则形成所谓的毛刺，需要有去除所述毛刺的操作，在毛刺大的情况下则成为不良铸件。而且，还存在由于进入该空隙的熔液将接合面压开而形成不良铸件的情况。由此，优选使接合面具有的角部(各个纤维成形体的角部)的顶点形成尖锐形状。此外，所述形成尖锐形状与将角部的曲率半径值设定为极小的含义是相同的。例如，为了使上述去除毛刺的操作变得不需要，曲率半径优选设定为1mm以下，更优选设定为0.5mm以下。
作为使纤维成形体的制造方法中的成形性提高的技术，已经提出了由含有纤维材料的浆料抄造立体形状的纤维层叠体，并在对其表面赋予水分后在干燥模具中进行干燥成形的技术(参照下述专利文献1)。但是，在这种技术中，使角部的顶点形成尖锐形状是困难的。
专利文献1特开昭57-47999号公报发明内容本发明是鉴于上述问题作出的，其目的在于提供可以使具有角部的纤维成形体的该角部的顶点形成尖锐形状的纤维成形体的制造方法及其中所使用的含有抄造模的制造装置、纤维成形中间体和纤维成形体。
本发明通过提供一种纤维成形体的制造方法而实现了上述目的，该方法包括，在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对该纤维层叠体进行压制成形以制造纤维成形体，所述纤维成形体的与其它纤维成形体接合的接合面上具有角部，其中，在所述纤维层叠体中的所述角部或其附近设置加厚部分，并对该加厚部分进行压制。
此外，本发明提供一种在上述本发明的纤维成形体的制造方法中使用的抄造模，其用于在纤维层叠体的两个面的相交部上形成所述加厚部分。
此外，本发明提供一种在上述本发明的纤维成形体的制造方法中使用的抄造模，其中，在抄造纤维层叠体的抄造部中形成用于形成所述加厚部分的凹部，该凹部通过将基面部设置在低于对接部的位置上而形成。
此外，本发明提供一种在上述本发明的纤维成形体的制造方法中使用的抄造模，其中，在抄造纤维层叠体的抄造部上设置有用于抄造所述加厚部分的槽。
此外，本发明提供一种纤维成形体的制造装置，其包括所述纤维层叠体的抄造模和从所述抄造模接收所述纤维层叠体的承接模，在所述抄造模或所述承接模中具备使所述伸出部分的基部弯曲以形成所述加厚部分的加厚部分形成单元。
此外，本发明提供一种在纤维成形体的制造方法中使用的纤维成形中间体，所述纤维成形体具有与其接合面相连的角部，其中该接合面用于与其它部件相连，所述纤维成形中间体由用含有纤维材料的浆料抄造而成的湿润状态的纤维层叠体构成，在所述纤维层叠体的与所述角部相对应的角部或其附近，设置有将所述纤维层叠体局部弯曲而成的加厚部分。
此外，本发明提供一种纤维成形体，其是在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对该纤维层叠体进行压制成形而得到的，在该纤维成形体的两个面的相交部分上形成的角部的顶点呈尖锐状。
此外，本发明提供一种纤维成形体，其中将多个纤维成形体合为一体以形成空腔，且接合面所具有的角部的顶点呈尖锐状。
图1是示意性表示用于实施本发明的纤维成形体的制造方法的制造装置的第一实施方案的局部剖面图。
图2是示意性表示本发明的抄造模的第一实施方案的局部剖面的立体图。
图3是示意性表示同一制造装置的干燥成形单元所具备的阳模的立体图。
图4是示意性表示本发明的纤维成形体的制造方法的第一实施方案中的抄造工序的图。
图5是示意性表示本发明的纤维成形体的制造方法的第一实施方案中的抄造工序结束后的纤维层叠体移动工序的图。
图6是示意性表示本发明的纤维成形体的制造方法的第一实施方案中的干燥成形工序的剖面图。
图7是示意性表示在本发明的纤维成形体的制造方法的第一实施方案中的干燥成形工序结束后的脱模状态的剖面图。
图8是示意性表示在本发明的纤维成形体的制造方法的第一实施方案中的干燥成形工序的图。
图9是示意性表示在本发明的纤维成形体的制造方法的第一实施方案中的干燥成形工序结束后的脱模状态的图。
图10是表示通过本发明的纤维成形体的制造方法抄造而成的本发明的纤维成形中间体的一个实施方案的立体图。
图11(a)是表示在干燥成形前后的加厚部分形态变化的干燥成形前的剖面图。
图11(b)是表示在干燥成形前后的加厚部分形态变化的干燥成形后的剖面图。
图12(a)是表示通过本发明的纤维成形体的制造方法制造的本发明的纤维成形体的一个实施方案的图，并且是表示使两个纤维成形体对接的状态的图。
图12(b)是表示通过本发明的纤维成形体的制造方法制造的本发明的纤维成形体的一个实施方案的图，并且是对接的成形体的角部之间的放大图。
图13是示意性表示用于实施本发明的纤维成形体的制造方法的制造装置的第二实施方案的局部剖面图。
图14是示意性表示本发明的抄造模的第二实施方案的局部剖面的立体图。
图15是示意性表示本发明的纤维成形体的制造方法的第二实施方案中的抄造工序的图。
图16是示意性表示本发明的纤维成形体的制造方法的第二实施方案中的抄造工序结束后的纤维层叠体的移动工序的图。
图17是示意性的表示本发明的纤维成形体的制造方法的第二实施方案中的干燥成形工序的图。
图18是示意性表示本发明的纤维成形体的制造方法的第二实施方案中的干燥成形工序结束后的脱模状态的图。
图19是表示通过本发明的纤维成形体的制造方法抄造而成的本发明的纤维成形中间体的另一实施方案的立体图。
图20(a)是表示在干燥成形前后的加厚部分形态变化的图，并且是干燥成形前的剖面图。
图20(b)是表示在干燥成形前后的加厚部分形态变化的图，并且是干燥成形后的剖面图。
图21(a)是示意性表示在干燥成形前后的加厚部分形态变化的局部剖面图，并且是干燥成形前的剖面图。
图21(b)是示意性表示在干燥成形前后的加厚部分形态变化的局部剖面图，并且是干燥成形后的剖面图。
图22是示意性表示本发明的制造装置的干燥成形单元所具备的阳模的另一实施方案的图。
图23是用于说明在现有技术中纤维成形体的成形性问题的示意图。
具体实施例方式
以下基于优选的实施方案并参照附图对本发明进行说明。
图1～图3示意性表示用于实施本发明的纤维成形体的制造方法的制造装置的第一实施方案。在这些图中，符号1表示制造装置。
如图1所示，制造装置1是制造由本发明的纤维成形体的一个实施方案即具有凸缘部111的半筒状纤维成形体11所形成的铸模(参照图12)的装置，其包括供给原料浆料的原料供给单元2、用由原料供给单元2供给的原料浆料抄造湿润状态的纤维层叠体(纤维成形中间体)的抄造单元3和对抄造的纤维层叠体进行干燥成形的干燥成形单元4。此外，两个半筒状的纤维成形体11结合成一体以形成铸模的空腔。
原料供给单元2包括注入框20、使所述注入框20上下运动的上下运动机构21和向注入框20内供给原料浆料的浆料供给管22。在浆料供给管22上设置有阀23。
抄造单元3包括具有所谓阳模形态的抄造模30。抄造模30具有与抄造的纤维层叠体的形状对应的抄造部300。在抄造部300的内部设置有在其表面处开口的气液流通路301(参照图2)，所述气液流通路301与连通于吸引泵302的排出管303连接。在排出管303上配设有阀304。在抄造部300的表面上设置有抄造网305。
如图2所示，在抄造模30中，抄造部300的与纤维层叠体10的凸缘部101(伸出部，参照图10)的上表面部分对应的基面部306设置在比对接面309低的位置上，从而形成凹部310。所述凹部310的深度设定为下述深度，即在组合抄造模30和后述的阴模(承接模)40以对纤维层叠体10进行脱模时，其凸缘部101的基部弯曲以形成加厚部分104(参照图10)。所述凹部310的深度(从对接面309起算的深度)优选为1～20mm，更优选为3～8mm。
如图1～图3所示，干燥成形单元4包括阴模(承接模)40和阳模41。阴模40和阳模41互相对接时，在它们的模具之间形成对应于所成形的纤维成形体的外形形状的空隙(间隙)。在本实施方案中，将阴模40和阳模41对接时形成空隙，以便纤维成形体11的凸缘部101与阴模40侧大致平面齐平地容纳在所述空隙内。
阴模40具有与所得的纤维成形体11的外形形状对应的凹状的成形部400。阴模40包括对上述成形部400进行加热的加热器(加热单元)401。阴模40通过上下运动单元402进行上下运动。在阴模40内部设置有在成形部400处开口的气液流通路(未图示)。所述气液流通路与连通于吸引泵和压缩机(都未图示)的流通管403连接。在流通管403上配设有阀404。成形部400具有从阴模40的对接面405开始凹陷以容纳纤维成形体11的凸缘部111的台阶部406，由所述台阶部406形成后述的空间形成部的一部分。在阴模40上设置有在所述台阶部406处开口并与流通管403连通的气液流通路407(参照图6)。
阳模41具有与所得的纤维成形体11的内表面形状对应的凸状成形部410。在成形部410的表面，用氟树脂涂覆表面。在阳模41的成形部410内部设置有在其表面处开口的气液流通路411(参照图3)，所述气液流通路411与连通于吸引泵412的排出管413连接。排出管413上配设有阀414。此外，有时在纤维成形中间体表面上相当于该气液流通路411的孔的部分上形成凹部，会出现在铸件表面留下凹部的情况。根据铸件产品的适用领域，有时需要利用工作机械进行铸件产品的表面精加工。在这种情况下，也可以没有气液流通路411。此外，尽管没有在图中示出，但是，在成形部410的内部配置有对成形部410进行加热的加热器等(加热单元)。
如图6所示，在制造装置1中，在抄造模30和阴模40上包括使纤维层叠体10的凸缘部101的基部弯曲以形成加厚部分104(参照图10)的加厚部分形成单元6。加厚部分形成单元6由在组合抄造模30和阴模40时使纤维层叠体10的凸缘部101的外缘部从抄造模30上分离的分离单元60和配置在抄造模30与阴模40之间并形成上述基部的弯曲空间的空间形成部61构成。
在本实施方案中，分离单元60由在上述台阶部406处开口的上述气液流通路407、与其相连的流通管403和上述吸引泵构成。此外，空间形成部61由抄造模30的凹部310和阴模40的台阶部406构成。此外，对于气液流通路407，在台阶部也可以比其它部分更密集地配管，以便吸引力强烈作用于纤维层叠体10的凸缘部的外缘部。
制造装置1包括使上述抄造模30和阳模41沿着导轨50移动到规定位置的移动单元(未图示)。此外，制造装置1包括控制单元(未图示)，该控制单元具有与上述各单元连接并使所述各单元按照后述的顺序进行动作的程序控制器。
接着，基于本发明优选的实施方案即使用了上述制造装置1的铸模用纤维成形体的制造方法，并参照图4～图12，对本发明的纤维成形体的制造方法进行说明。在这些图中，符号10表示纤维层叠体，11表示纤维成形体。
在本实施方案的纤维成形体的制造方法中，在由含有纤维材料的原浆料抄造湿润状态的纤维层叠体10(参照图10)后，将纤维层叠体10从抄造模30转移到阴模40，用阴模40和阳模41对纤维层叠体10进行压制成形，从而制造纤维成形体11(参照图12)。
在本实施方案中，首先，将无机粉末、无机纤维、有机纤维、热固性树脂和热膨胀性粒子分散在分散介质中，从而调制原料浆料。使用被调制成适合于所制造的成形体的浆料作为原料浆料。作为上述分散介质，除了水、白水之外，还可以列举出乙醇、甲醇等溶剂或它们的混合体系等。从抄造和脱水成形的稳定性、成形体品质的稳定性、费用、处理简便性等方面考虑，特别优选为水。
相对于无机粉末、无机纤维、有机纤维、热固性树脂和热膨胀性粒子的总质量，原料浆料中的各成分的配比(质量比)优选为无机粉末/无机纤维/有机纤维/热固性树脂和热膨胀性粒子＝70～80％/2～8％/0～10％/8～16％(质量比)，更优选为70～80％/2～6％/0～6％/10～14％(质量比)。但是，无机粉末、无机纤维、有机纤维、热固性树脂和热膨胀性粒子合计为100质量％。如果无机粉末的配比在此范围中，则浇铸时的形状保持性、成形品的表面性良好，并且成形后的起模性也合适。如果无机纤维的配比在此范围中，则成形性、浇铸时的形状保持性良好。如果有机纤维的配比在此范围中，则成形性良好。为了抑制浇铸时由有机纤维燃烧产生的气体生成量、从出气口喷出的火焰，有机纤维量越少越好，也可以根据情况不含有机纤维。如果热固性树脂和热膨胀性粒子的配比在此范围中，则成形体的成形性、浇铸后的形状保持性、表面光滑性良好。
作为上述无机粉末，可以列举出片状石墨、无定形石墨等石墨、黑曜石、莫来石等。无机粉末可以单独使用这些粉末或选择两种以上使用。但从成形性、成本的方面考虑，优选使用石墨、特别优选使用片状石墨。
上述无机纤维主要形成成形体的骨架，不会由于铸造时熔融金属的热量而燃烧，即能维持其形状。作为上述无机纤维，可以列举出碳纤维、石棉等人造矿物纤维、陶瓷纤维、天然矿物纤维，可以将它们单独使用或选择两种以上使用。其中，从有效抑制伴随上述热固性树脂的碳化而收缩的方面考虑，优选使用即使在高温下也具有高强度的沥青系或聚丙烯腈(PAN)系的碳纤维，特别优选PAN系的碳纤维。
在上述无机纤维中，从对纤维层叠体进行抄造并脱水时的脱水性、纤维成形体的成形性、均匀性的观点考虑，平均纤维长度优选为0.5～15mm，特别优选为3～8mm。
在上述有机纤维中，可以列举出纸纤维(纸浆纤维)、原纤化的合成纤维、再生纤维(例如人造纤维)等。有机纤维可以单独使用或选择两种以上使用。从成形性、干燥后的硬度、成本的方面考虑，优选为纸纤维。
作为上述纸纤维，可以列举出木材纸浆、棉纸浆、棉短绒纸浆、竹或秸秆等非木材纸浆。纸纤维可以单独使用这些纸浆的原浆或废纸纸浆，或者选择两种以上使用。从容易获得、环境保护、降低制造费用等方面考虑，纸纤维特别优选废纸纸浆。
在上述有机纤维中，如果考虑成形体的成形性、表面光滑性、耐冲击性，则平均纤维长度优选为0.8～2.0mm，特别优选为0.9～1.8mm。
上述热固性树脂是在维持成形体的常温强度和高温强度并且使成形体的表面性良好、增大铸件表面粗糙度方面所必须的成分。作为上述热固性树脂，可以列举出酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂等。其中，从能够产生的可燃气体少、有阻燃效果、在热分解(碳化)后的碳残留率高达25％以上、形成碳化保护膜以获得良好铸件表面的方面考虑，优选使用酚醛树脂。酚醛树脂使用需要固化剂的酚醛清漆酚醛树脂、不需要固化剂的可溶酚醛树脂型等。使用酚醛清漆酚醛树脂的情况下需要固化剂。由于该固化剂易溶于水，所以优选在成形体脱水后涂覆到其表面上。上述固化剂优选使用六甲撑四胺等。上述热固性树脂可以单独使用或选择两种以上使用。
在原料浆料中，相对于上述无机粉末、无机纤维、有机纤维、热固性树脂和热膨胀性粒子的总质量，优选含有0.5～10％(质量％)的热膨胀性粒子体，更优选含有1～5％(质量％)的热膨胀性粒子体。如果含有在此范围中的热膨胀性粒子，则在抑制由膨胀引起的对成形精度的不良影响时，能充分获得添加效果。此外，由于不需要为了防止不必要的膨胀而花费冷却时间，所以可以维持高生产率。
本实施方案的成形体含有膨胀后平均直径优选为5～80μm、更优选为25～50μm的上述热膨胀性粒子体。如果热膨胀性粒子的膨胀在此范围中，则在抑制由膨胀引起的对成形精度的不良影响时，能充分获得添加效果。
作为上述热膨胀性粒子，优选是在热塑性树脂的壳壁中内包有气化后膨胀的膨胀剂的微胶囊。该微胶囊优选为下述粒子，即在80～200℃下加热时，其膨胀到直径优选为3～5倍、体积优选为50～100倍的平均粒径优选为5～60μm、更优选为20～50μm。
作为构成该微胶囊壳壁的热塑性树脂，可以列举出聚苯乙烯、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们的组合。作为内包在上述壳壁中的膨胀剂，可以列举出丙烷、丁烷、戊烷、异丁烷、石油醚等低沸点的有机溶剂。
在上述原料浆料中，除上述各成分外，还可以按适当比例添加聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、聚酰胺-胺-环氧氯丙烷树脂等纸强度强化材料、凝聚剂、着色剂等其它成分。
如图4所示，在纤维层叠体的抄造工序中，通过上下运动机构21使注入框20向下运动，阀23打开，通过浆料供给管22将浆料供给到注入框20内。浆料供给量达到规定量时，阀23关闭并停止浆料供给。然后，阀304打开，借助气液流通路301和排出管303由吸引泵302吸引浆料的液体部分，同时固体部分堆积在抄造网305的表面上，从而形成湿润状态的纤维层叠体10。考虑到纤维层叠体10的可操作性、将纤维层叠体10夹持在阴模40和阳模41之间并压制时的由纤维的流动导致的纤维层叠体10的变形(优选通过压制而有一定程度的变形)，纤维层叠体10中的液体含有率是，相对于100质量份的纤维层叠体10中的固体部分，优选将液体部分设定为50～200质量份，更优选设定为70～100质量份。该液体含有率由通过吸引泵302对液体成分的吸引进行调整，在达到规定的液体含有率时停止吸引。
在使用含水原料浆料制造本实施方案的成形体时，该成形体使用前(用于铸造前)的质量含水率优选为8％以下，更优选为3％以下。含水率越低，铸造时由热固性树脂的热分解(碳化)引起的气体生成量就可以抑制得越低。
纤维层叠体10的抄造完成时，如图5所示，通过上下运动机构21将注入框20向上拉起，通过上述移动单元使抄造模30沿着导轨50移动到阴模40的下方。
接着，通过上下运动机构402使阴模40向下运动，并与抄造模30对接。然后，如图6所示，由抄造模30的凹部310和阴模40的台阶部406形成纤维层叠体10的凸缘部101的基部的弯曲空间。
在将纤维层叠体10从抄造模30上脱模时，纤维层叠体10通过阴模40中的流通管403后吸附在成形面400侧。而且在此时，如图6所示，所述纤维层叠体10的凸缘部101的外缘部经由在台阶部406处开口的气液流通路407而被吸引，从而从抄造模30上分离，凸缘部101的基部弯曲形成加厚部分104。
通过上述上下运动机构402，将阴模40如图7所示向上拉起后，纤维层叠体10从抄造模30转移到阴模40上。然后，通过上述移动单元移动到与阳模41一起进行干燥成形的位置上。在如此抄造、成形的纤维层叠体10中，如图10和图11(a)所示，在凸缘部101中，在该凸缘部101和周壁部102的交点(两个面的相交部分)处形成的角部103的边缘部上形成加厚部分104。
接着，如图8所示，通过上下运动机构402使阴模40向下运动。然后，与加热到规定温度的阳模41对接，在该阴阳模之间纤维层叠体10被压制成形，从而得到干燥的纤维成形体11。通过压制成形，在纤维成形体11中的凸缘部111和周壁部112的交点(两个面的相交部分)处形成的角部113的顶点变成尖锐形状(图11(b))。此外，阴模40和阳模41要设置成当它们在对接时不形成容纳上述加厚部分104的空隙。即，要设置成形成与最终所成形的纤维成形体的形状(没有加厚部分)对应的空隙。在尖锐的角部顶点与其它物体接触时，因为是尖锐的形状所以顶点容易损伤，因此为了防止损伤，角部113的顶点的密度优选为0.8g/cm3以上。
阴模40和阳模41的模具温度根据所制造的纤维成形体适当设定，考虑到防止纤维层叠体10的烧焦等，模具温度优选为100～250℃，更优选为120～200℃。考虑到可靠地压平加厚部分等，用阴模40和阳模41进行压制成形的压力优选为0.2MPa～10MPa，更优选为0.5MPa～5MPa。但是，压制成形的压力可以根据构成纤维成形体的材料的种类、强度等而进行大的改变。
干燥成形时，阀414打开，纤维层叠体10的水分经由气液流通路411(参照图3)和排出管413由吸引泵412吸引而排出到外部。另一方面，通过上下运动机构21使注入框20向下运动，抄造模30的抄造部301再次内包在注入框20中。然后，与上述抄造工序同样操作，重新抄造纤维层叠体。
干燥成形工序完成时，从流通管403的吸引被切换为由上述压缩机产生的空气喷射，如图9所示，通过上下运动机构402将阴模40向上拉起。然后，在吸引泵412的吸引停止后，将留在阳模41侧的纤维成形体11从阳模41上取下，由此完成纤维成形体11的制造。此外，通过上下运动机构21将注入框20向上拉起，完成了抄造工序的新的纤维层叠体10移向其后的加热工序。在本实施方案的制造方法中，反复进行这样的抄造和干燥成形的工序。
本实施方案的成形体的厚度根据用途而设定。成形体的厚度优选为0.2～5mm，更优选为0.7～1.5mm。如果厚度在此范围中，则在抑制对上述热膨胀性粒子的膨胀的成形性的影响时，还能充分确保上述强度，并且也能抑制铸造时的气体生成。
如上所说明的，根据本实施方案的纤维成形体的制造方法，可以制造在两个面的相交部形成的角部103的顶点为尖锐形状的成形体。
此外，可以在以环状伸出的凸缘部101的一部分上设置凸起部等，并适当设置注入熔液的入口或浇铸时的气体排气口。
接着对本发明的其它实施方案进行说明。
图13～图15示意性表示用于实施本发明的纤维成形体的制造方法的制造装置的第二实施方案。在这些图中，符号1’表示制造装置。此外，与上述第一实施方案的制造装置相同的部分附以相同的符号，并省略其说明。
如图13所示，制造装置1’是制造具有凸缘部111的半筒状纤维成形体11’(参照图12)的装置，其包括供给作为原料的纤维浆料的原料供给单元2、用由原料供给单元2供给的纤维浆料抄造湿润状态的纤维层叠体(纤维成形中间体)的抄造单元3和对所抄造的纤维层叠体进行干燥成形的干燥成形单元4。
如图14所示，在抄造单元3的抄造模30’的抄造部300上，在与纤维层叠体的周壁部对应的凸面部307从与纤维层叠体凸缘部的上表面部对应的基面部306立起的部分上设置有槽308。借助所述槽308，如后所述，在所抄造的纤维层叠体10’(参照图19和图20(a))上，在凸缘部101和周壁部102的交点处形成的角部103的附近形成加厚部分104’。为了使纤维密集地进行层叠，槽308的宽度优选为1mm～10mm，更优选为3mm～6mm。此外，为了避免使纤维层叠体覆盖在阳模41上时形状产生大的变形，槽308的深度优选为1mm～10mm，特别优选为3mm～5mm。
如图13所示，干燥成形单元4包括阴模40和阳模41。阴模40和阳模41互相对接时，在它们的模具之间形成与所成形的纤维成形体的外形形状对应的空隙(间隙)。阴模40具有与所得的纤维成形体11的外形形状对应的凹状成形部400。阴模40包括对上述成形部400进行加热的加热器(加热单元)401。阴模40通过上下运动单元402进行上下运动。在阴模40的内部设置有在成形部400处开口的气液流通路(未图示)。所述气液流通路与连通于吸引泵和压缩机(都未图示)的流通管403连接。在流通管403上配设有阀404。阳模41具有与所得的纤维成形体11的内表面形状对应的凸状成形部410。成形部410的表面用氟树脂进行涂覆。在阳模41的成形部410内部设置有在其表面处开口的气液流通路(未图示)，所述气液流通路与连通于吸引泵412的排出管413连接。在排出管413上配设有阀414。虽然在图中未示出，但是在成形部410的内部配设有对成形部410进行加热的加热器(加热单元)。
制造装置1’包括使上述抄造模30’和阳模41沿着导轨50移动到规定位置的移动单元(未图示)。此外，制造装置1’包括控制单元(未图示)，该控制单元包括与上述各单元连接并使所述各单元按照后述的顺序进行动作的程序控制器。
接着，基于使用了上述制造装置1’的纤维成形体的制造方法并参照图12、图15～图20，对本发明的纤维成形体的制造方法的优选实施方案进行说明。在这些图中，符号10’表示纤维层叠体，11’表示纤维成形体。
在纤维层叠体的抄造工序中，如图15所示，通过上下运动机构21使注入框20向下运动，阀23打开，通过浆料供给管22将原料浆料供给到注入框20内。原料浆料的供给量达到规定量时，关闭阀23并停止浆料的供给。然后，阀304打开，经由气液流通路301和排出管303由吸引泵302吸引浆料的液体部分，同时固体部分堆积在抄造网305的表面上，从而形成湿润状态的纤维层叠体10’。考虑到纤维层叠体10’的可操作性、将纤维层叠体10’夹持在阴模40和阳模41之间并压制时的由纤维的流动导致的纤维层叠体10’的变形(优选通过压制而有一定程度的变形)，纤维层叠体10’中的液体含有率是，相对于100质量份的纤维层叠体10’中的固体部分，优选将液体部分设定为50～200质量份，更优选设定为70～100质量份。该液体含确率由通过吸引泵302对液体成分的吸引进行调整，在达到规定的液体含有率时停止吸引。
纤维层叠体10的抄造完成时，如图16所示，通过上下运动机构21将注入框20向上拉起，通过上述移动单元使抄造模30’沿着导轨50移动到阴模40的下方。
如图19和图20(a)所示，在由此抄造形成的纤维层叠体10’中，在凸缘部101上，位于该凸缘部101和周壁部102的交点(两个面的的相交部分)处形成的角部103的边缘部上形成加厚部分104’。加厚部分104’的厚度和形状取决于抄造模的槽308，优选宽度为3mm～6mm、厚度为3mm～5mm，在保持相同体积和设置位置的情况下，可以自由设定其形状。
接着，通过上下运动机构402使阴模40向下运动从而与抄造模30’对接。然后，经由阴模40中的流通管403，纤维层叠体10’吸附在成形面400侧后，通过上下运动机构402将阴模40向上拉起，纤维层叠体10’从抄造模30转移到阴模40。阴模40随后移动到与阳模41一起进行干燥成形的位置上。
接着，如图17所示，通过上下运动机构402使阴模40向下运动，与加热到规定温度的阳模41对接，在该阴阳模之间纤维层叠体10’被压制成形，从而得到干燥的纤维成形体。通过压制成形，在纤维成形体11中凸缘部111和周壁部112的交点处形成的角部113的顶点变成尖锐形状(图20(b))。此外，阴模40和阳模41要设置成当它们对接时不形成容纳上述加厚部分104’的空隙。即，要设置成形成与最终所成形的纤维成形体的形状(没有加厚部分)对应的空隙。在尖锐的角部的顶点与其它物体接触时，因为是尖锐的形状所以顶点容易损伤，因此为了防止损伤，角部的顶点的密度优选为0.8g/cm3以上。
阴模40和阳模41的温度(模具温度)根据所制造的纤维成形体适当设定，考虑到防止纤维层叠体10’的烧焦等，其优选为100～250℃，更优选为120～200℃。考虑到可靠地压平加厚部分等，用阴模40和阳模41进行压制成形的压力优选为0.2MPa～10MPa，更优选为0.5MPa～5MPa。但是，压制成形的压力也可以根据构成纤维成形体的材料的种类、强度等而进行大的改变。
干燥成形时，阀414打开，纤维层叠体10’的水分经由上述气液流通路411和排出管413由吸引泵412吸引而排出到外部。另一方面，通过上下运动机构21使注入框20向下运动，抄造模30’的抄造部300再次内包在注入框20中。然后，与上述抄造工序同样操作，重新抄造纤维层叠体。
干燥成形工序完成时，从流通管403的吸引被切换为由上述压缩机产生的空气喷射，如图18所示，通过上下运动机构402将阴模40向上拉起。然后，在吸引泵412的吸引停止后，将留在阳模41侧的纤维成形体11’从阳模41上取下，由此完成纤维成形体11’的制造。此外，通过上下运动机构41将注入框20向上拉起，完成抄造工序的新的纤维层叠体移向其后的加热工序。在本实施方案的制造方法中，反复进行这样的抄造和干燥成形工序。
如上所说明的，根据本实施方案的纤维成形体的制造方法，可以制造在两个面的相交部分上形成的角部的顶点为尖锐形状的成形体。
在如此制造的纤维成形体11’中，如图12(a)所示，在凸缘部111彼此对置对接的情况下，如图12(b)所示，由于双方的角部113的顶点是尖锐的形状，所以在例如两个该纤维成形体对接构成铸件制造用的铸模，并在向其空腔内内供给熔液以制造铸件时，由图12(b)可知，在该角部之间的对接部分基本没有形成间隙，因此所制得的铸件上不会产生毛刺。
本发明不限于上述实施方案，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行适当改变。
本发明特别适合用于将在两个面部的交点处形成的角部顶点形成尖锐形状的方法。其原因是，如图2所示，如果在抄造模中设置有槽，就不需要另外形成加厚部分。即，因为在抄造时利用所述槽可以形成加厚部分。此外，本发明也可以将未在两个面部的交点处形成的角部的顶点形成尖锐形状。在这种情况下，在用湿式抄造法抄造具有角部103’的纤维层叠体10’后(参见图21(a))，在该角部103’的附近人工附加含水的纤维集合体104’以形成加厚部分(参照图21(b))，然后，用上述方法对该纤维层叠体进行压制成形，从而能得到角部113’的顶点为尖锐形状的纤维成形体11’。
除上述各实施方案中的原料浆料之外，原料浆料也可以使用调制成适合所制造的纤维成形体的浆料。原料浆料也可以使用现有技术中用于湿式抄造法的公知浆料。
此外，虽然在上述各实施方案中，通过抄造、脱模而形成了加厚部分的纤维层叠体(纤维成形中间体)直接通过干燥成形单元压制成形，但也可以不对形成有加厚部分的纤维层叠体进行压制成形，而是暂时干燥后存储，再另外进行压制成形。在这种情况中，也优选形成上述优选的湿润状态。
此外，在上述第一实施方案中，将干燥成形单元的阴模(干燥模)用作承接模，但是也可以使用仅用来转移的模具，并在该模具进行转移时，与上述阴模同样地形成加厚部分。
此外，在上述第一实施方案中，是将阴模的吸引系统设置成一个系统，但是也可以将吸引纤维层叠体凸缘部的外缘部的吸引系统与其它部分的吸引系统分开配置，提高该凸缘部的外缘部的吸引力来进行吸引。
此外，在上述第一实施方案中，作为使凸缘部的外缘部从抄造模上分离的手段，是通过经由气液流通路的吸引来进行，但是也可以通过通常用于塑料成形模中的脱模板或推钉等机构使之分离。
此外，如图22所示的阳模41那样，设置成分开的模具零件(41a～41c等)的组合模具，通过机械加工将各个模具零件的角部制成尖锐形状，由此能将阳模的角部A部(成形部410的立起部分)也制成尖锐形状。由此，可以将纤维成形体的角部的曲率半径设成基本为0mm。此外，即使不将阳模41设置成分开的模具零件的组合模具，也可以通过机械加工将角部A部制成失锐形状，可以将纤维成形体的角部的曲率半径设为0.5mm以下。
此外，在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对该纤维层叠体进行压制成形以制造在与其它纤维成形体接合的接合面上具有角部的纤维成形体，除上述制造纤维成形体的方法等以外，也可以采用下述制造纤维成形体的方法等，即在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对该纤维层叠体进行压制成形以制造具有在与其接合面相连的角部、该接合面用于与其它部件相连的纤维成形体。其中，其他部件是指将聚乙烯等热塑性树脂另外进行成形而成的物体等。
实施例以下通过实施例对本发明进行更具体的说明。
<实施例1>
将以有机纤维(废旧报纸)为4、无机纤维(碳纤维)为4、无机粉末(石墨粉末)为76、热固性树脂(酚醛树脂)为12、热膨胀性粒子为4的比例(各数值为质量份)混合而成的原料分散在水中，调制成固体成分浓度为3质量％左右的浆料。使用所述浆料，在抄造模(该抄造模的形状与图2所示的形状大致相同)中抄造纤维层叠体(该纤维层叠体的壁厚为1mm～3mm)，在上述抄造模中，将与纤维层叠体凸缘部的上表面部对应的基面部设置在比对接面低的位置上以形成凹部，组合阴模(承接模)以对纤维层叠体进行脱模并制成由凸缘部的基部弯曲而形成的纤维层叠体，进一步在成形面上涂覆了氟树脂(例如特氟隆(注册商标))涂层的干燥模具中进行干燥，从而制成了纤维成形体。干燥时的压力为3.8MPa，干燥模具的温度为200℃。
<比较例1>
使用与实施例1相同的原料浆料，在没有设置凹部的抄造模中抄造纤维层叠体，按照实施例的标准进行干燥，从而制成了纤维成形体。
<结果>
对纤维成形体的角部顶点的R(曲率半径)进行测定，则在实施例的纤维成形体中，是R为0.1～0.2mm左右(该部分的密度是0.8～1.0g/cm3)的尖锐形状。此外，将两个纤维成形体组合起来形成空腔，将组合形成的纤维成形体埋没在砂中，并将熔液注入该空腔中进行铸造。其结果是，通过实施例的纤维成形体的组合，可以制造整个接合面的毛刺为1mm以下的合格产品，但是在比较例中，在对应于接合面的数个位置上产生了2mm～10mm左右的毛刺，成为不合格产品。
<实施例2>
将以纸浆(废旧报纸)为24、无机纤维(碳纤维)为8、无机粉末(黑曜石粉末)为48、有机粘合剂(酚醛树脂)为16的比例(各数值为质量份)混合而成的原料分散在水中，调制成固体成分浓度为3质量％左右的浆料。使用所述浆料，在抄造模(该抄造模的形状与图14所示的形状大致相同)中抄造纤维层叠体(该纤维层叠体的壁厚为1mm～3mm)，在上述抄造模中，在对应于纤维层叠体角部的部分附近设置有宽为6mm、深为3mm的槽。然后，在成形面上涂覆了氟树脂(例如特氟隆(注册商标))涂层的干燥模具中进行干燥，从而制成了纤维成形体。干燥时的压力为3.8MPa，干燥模具的温度为150℃。
<比较例2>
使用与实施例2相同的原料浆料，在没有设置槽的抄造模中抄造纤维层叠体，按照实施例2的标准进行干燥，从而制成了纤维成形体。
<结果>
对纤维成形体的角部顶点的R(曲率半径)进行测定，则在实施例2的纤维成形体中，是R为0.1～0.2mm左右(该部分的密度是0.8～1.0g/cm3)的尖锐形状。此外，将两个纤维成形体组合起来形成空腔，将组合而成的纤维成形体埋没在砂中，并将熔液注入该空腔中进行铸造。其结果是，通过实施例2的纤维成形体的组合，可以制造整个接合面的毛刺为1mm以下的合格产品，但是在比较例2中，在对应于接合面的数个位置上产生了2mm～10mm左右的毛刺，成为不合格产品。
根据本发明的纤维成形体的制造方法和纤维成形中间体，能够制造接合面所具有的角部的顶点为尖锐形状的纤维成形体。此外，根据本发明的抄造模和制造装置，可以很好地实施上述本发明的制造方法。此外，在本发明的纤维成形体中，在该纤维成形体的两个面的相交部分上形成的角部的顶点是尖锐的形状。
本发明的纤维成形体的制造方法特别适合于将纤维成形体用作铸模时的该纤维成形体的制造，除此之外，也可以适用于角部顶点尖锐的容器、工具、零件等各种纤维成形体的制造。
权利要求
1.一种纤维成形体的制造方法，其包括，在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对该纤维层叠体进行压制成形以制造纤维成形体，所述纤维成形体的与其它纤维成形体接合的接合面上具有角部，其中，在所述纤维层叠体中的所述角部或其附近设置加厚部分，并对该加厚部分进行所述压制成形。
2.根据权利要求1所述的纤维成形体的制造方法，其中所述纤维层叠体是对含有所述纤维材料的浆料进行抄造而得到的湿润状态的纤维层叠体，所述角部在两个面的相交部分上形成。
3.根据权利要求1或2所述的纤维成形体的制造方法，其中对所述压制成形中使用的成形模进行加热。
4.根据权利要求3所述的纤维成形体的制造方法，其中用氟树脂覆盖所述成形模的成形面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维成形体的制造方法，其中使所述纤维层叠体局部弯曲以形成所述加厚部分。
6.根据权利要求5所述的纤维成形体的制造方法，其中在将所述纤维层叠体从其抄造模上脱模时，使所述纤维层叠体中的与所述接合面对应的伸出部分的外缘部从所述抄造模上分离，并使所述伸出部分的基部弯曲。
7.一种纤维成形体的制造方法，其包括，在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对该纤维层叠体进行压制成形以制造纤维成形体，所述纤维成形体具有与其接合面相连的角部，其中该接合面用于与其它部件相连，在所述纤维层叠体中的所述角部或其附近设置加厚部分，并对所述加厚部分进行所述压制成形。
8.一种在权利要求1～6中任一项所述的纤维成形体的制造方法中使用的抄造模，其用于在纤维层叠体的两个面的相交部上形成所述加厚部分。
9.一种在权利要求1～6中任一项所述的纤维成形体的制造方法中使用的抄造模，其中，在抄造纤维层叠体的抄造部中形成用于形成所述加厚部分的凹部，其中该凹部通过将基面部设置在低于对接部的位置上而形成。
10.一种在权利要求1～4中任一项所述的纤维成形体的制造方法中使用的抄造模，其中在抄造纤维层叠体的抄造部上设置有用于形成所述加厚部分的槽。
11.一种在权利要求6所述的纤维成形体的制造方法中使用的纤维成形体的制造装置，所述制造装置包括所述纤维层叠体的抄造模和从所述抄造模接收所述纤维层叠体的承接模，在所述抄造模或所述承接模中具备使所述伸出部分的基部弯曲以形成所述加厚部分的加厚部分形成单元。
12.根据权利要求11所述的纤维成形体的制造装置，其中所述加厚部分形成单元由分离单元和空间形成部构成，在将所述抄造模和所述承接模组合时，所述分离单元使所述伸出部分的所述外缘部从所述抄造模上分离，所述空间形成部配置在所述抄造模和所述承接模之间并形成所述基部的弯曲空间。
13.一种在纤维成形体的制造方法中使用的纤维成形中间体，所述纤维成形体具有与其接合面相连的角部，其中该接合面用于与其它纤维成形体或其它部件相连，所述纤维成形中间体由用含有纤维材料的浆料抄造而成的湿润状态的纤维层叠体构成，在所述纤维层叠体的与所述角部相对应的角部或其附近，设置有将所述纤维层叠体局部弯曲而成的加厚部分。
14.一种纤维成形体，其是在抄造含有纤维材料的纤维层叠体后，对所述纤维层叠体进行压制成形而得到的，其中，在所述纤维成形体的两个面的相交部分上形成的角部的顶点呈尖锐状。
15.根据权利要求14所述的纤维成形体，其中所述角部的曲率半径为1mm以下。
16.一种纤维成形体，其中将多个纤维成形体合为一体以形成空腔，且接合面所具有的角部的顶点呈尖锐状。
17.根据权利要求16所述的纤维成形体，其中所述接合面所具有的角部的曲率半径为1mm以下。
全文摘要
本发明提供一种纤维成形体的制造方法，其中，在用含有纤维材料的浆料抄造湿润状态的纤维层叠体(10)后，对纤维层叠体(10)进行压制成形，从而制造具有在两个面(111、112)的交点处形成的角部(113)的纤维成形体。在角部(113)的附近设置加厚部分(104)，并通过压制成形形成角部(113)。优选对压制成形中所使用的成形模进行加热。优选使纤维层叠体(10)局部地弯曲以形成加厚部分(104)。
文档编号B22C1/00GK1954121SQ20058001520
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月5日 优先权日2004年10月12日
发明者高城荣政, 富田洋夫, 大崎雅之 申请人:花王株式会社