CN107020763A

CN107020763A - 树脂管及其制造方法

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Publication number: CN107020763A
Application number: CN201710005992.0A
Authority: CN
Inventors: 西野彰马; 森本隆志; 峰英生; 原田行; 原田一行; 田中雅史; 切通毅
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2037-01-04
Also published as: CN107020763B; US20170217118A1; JP6771196B2; JP2017136687A; US10293570B2

Abstract

本发明提供一种树脂管及其制造方法，其目的在于，容易且生产性高地生产树脂管，并且使树脂管轻型化、高强度化。通过使树脂片材(104)带有间隙(116)地成形为管状并至少对间隙部分封固树脂而制造树脂管，能够容易且生产性高地使树脂管轻型化、高强度化。

Description

树脂管及其制造方法

技术领域

本发明涉及由热塑性多层纤维强化塑料等树脂构成的树脂管及其制造方法。

背景技术

作为现有的塑料管的制造方法，通常采用利用例如注塑成形或挤出成形等而成形为目标的直径以及长度的方法。然而，由于能够利用这些方法成形的纤维强化树脂为使用不连续纤维(纤维长度短)的纤维强化树脂，因此成为强度低的塑料管。

近年，为了得到更轻型且高强度的塑料管，开发有使用连续纤维的塑料管的制造方法。作为公知方法，具有纤维缠绕法。图16是示出基于纤维缠绕法的制造方法的图。

在图16中，在树脂槽50含浸有树脂的纤维基材51通过输送机52而在旋转的心轴53上卷绕多次，在卷绕了规定的次数之后，通过被固化而获得目标壁厚的管形状。然而，在上述的方法中，设备投资高，且为了获得目标厚度而需要卷绕多次，存在生产性低且成本高这样的课题。

对于上述的课题，开发有专利文献1所示的方法。图17是示出专利文献1所记载的片材缠绕法的图。

在图17中，利用配置于构成卷板的上板11与下板12之间的引导体32将热塑性预浸料41卷绕于心轴31而成形管。在该方法中，将预浸料41在具备加热机构23的下板12侧配置于引导体32上并对预浸料41进行加热而使其软化，通过使下板12移动，将预浸料41卷绕于心轴31，并且在卷绕约半周时，利用上板11侧的冷却机构19对该预浸料41进行强制冷却，此外在旋转了半周时，再次利用下板12侧的加热机构23对该预浸料41进行加热而使预浸料41熔敷，在进行规定次数的缠绕之后，利用设于下板12的第二冷却机构30对该预浸料41进行最终的冷却。

在先技术文献

专利文献1：日本特开平8-72157号公报

然而，在所述现有的结构中，需要将预浸料41卷绕多次直至成为最终形状(壁厚)，并且需要反复进行基于加热的熔敷和基于冷却的固化。另外，成形时的加热熔融温度需要在基体树脂熔融且强化纤维不熔融的温度区域内进行设定，由于在每约半周重复加热和冷却而进行卷绕，因此温度条件设定困难且生产性低、成本高。此外，仅采用管状结构体大多不能成为商品，需要通过后续加工对管的两端、中央部等赋予功能形状(与其他管接合的接合部等)，但容易存在无法对塑料管赋予功能形状这样的课题。

发明内容

本发明用于解决所述现有的课题，其目的在于，容易且生产性高地生产树脂管，并且使树脂管轻型化、高强度化。

为了达成上述目的，本发明的树脂管的制造方法的特征在于，包括：以在树脂片材的端部间形成间隙的方式将所述树脂片材成形为管状而形成管状结构体的工序；以及至少包括所述间隙在内对所述管状结构体进行树脂封固的工序。

另外，本发明的树脂管的特征在于，具有：管状的管状结构体，其由一个或多个树脂片材构成，且所有的所述树脂片材隔开间隙地配置；以及接合树脂，其至少包括所述间隙在内对所述管状结构体进行树脂封固。

发明效果

如以上那样，通过使树脂片材具有间隙地成形为管状，至少对间隙部分进行树脂封固而制造树脂管，由此能够容易且生产性高地使树脂管轻型化、高强度化。

附图说明

图1是按照工序例示出实施方式1中的塑料管的制造方法且简要示出制造装置的结构例的主要部位的图。

图2是按照工序例示出实施方式1中的塑料管的制造方法且简要示出制造装置的结构例的主要部位的图。

图3是按照工序例示出实施方式1中的塑料管的制造方法且简要示出制造装置的结构例的主要部位的图。

图4是按照工序例示出实施方式1中的塑料管的制造方法且简要示出制造装置的结构例的主要部位的图。

图5是例示出实施方式2中的热塑性多层纤维强化塑料管的轴向剖面的图。

图6是示出实施方式2的热塑性多层纤维强化塑料管的制造装置中的金属模具的结构例的图。

图7是列举出实施方式3中的热塑性多层纤维强化塑料片材半径方向对接面形状的例子的图。

图8是列举出实施方式4中的热塑性多层纤维强化塑料管半径方向剖面形状的例子的图。

图9是列举出实施方式5中的热塑性多层纤维强化塑料片材轴向对接面形状的例子的图。

图10是列举出实施方式6中的热塑性多层纤维强化塑料管的轴向两端功能形状剖面的例子的图。

图11是列举出实施方式7中的热塑性多层纤维强化塑料管的半径方向管剖面形状的例子的图。

图12是按照工序示出制造实施方式7中的沿轴向实施了锥度的管的方法例的图。

图13是按照工序示出实施方式8中的以多个片材制造热塑性多层纤维强化塑料管的例子的图。

图14是说明因树脂片材的间隙的有无而引起的接合状态的不同的图。

图15是示出聚烯烃系热塑性多层纤维强化塑料片材的结构例的图。

图16是示出通常的纤维缠绕法的图。

图17是示出专利文献1所记载的片材缠绕法的图。

附图标记说明：

101 多层纤维强化塑料片材；

102 坯料；

103 预热夹具；

104 管状坯料；

105 滑动铁心；

106 型腔；

107 铁心；

108 圆筒形状的芯棒；

109 半径方向接合用空间；

110 片材对接面；

111 片材半径方向外周面；

112 热塑性多层纤维强化塑料片材半径方向内周面；

113 浇口；

114 横浇道；

115 热塑性多层纤维强化塑料管；

116 间隙；

117 接合树脂；

201 管状结构体；

202 功能形状；

203 端面；

204 外周面；

205 内周面；

206 轴向接合用空间；

215 热塑性多层纤维强化塑料管；

301 断裂面；

302 毛刺；

303 锥面；

401 结构；

402 结构；

403 结构；

404 结构；

501 直线；

502 波形状；

503 底切形状；

504 开孔形状；

505 直孔；

506 锥形孔；

601 内接形状；

602 外接形状；

605 堵塞形状；

606 L字形状；

607 T字形状；

608 功能形状；

701 方形状；

702 椭圆形状；

703 梯形坯料；

704 芯棒；

705 管；

801 管形状；

802 坯料；

803 热塑性树脂；

901 结构；

902 结构；

1 铁心层；

2 粘结层；

3 织物层；

4 表皮层；

11 上板；

12 下板；

19 冷却机构；

30 冷却机构；

31 心轴；

32 引导体；

41 热塑性预浸料；

50 树脂槽；

51 纤维基材；

52 输送机；

53 心轴。

具体实施方式

本发明的由热塑性多层纤维强化塑料等树脂构成的树脂管的制造方法中，首先，将成为材料的树脂坯料等树脂片材成形为管状。此时，树脂片材的两个端部以隔开间隙而相对的方式成形。而且，向间隙以及根据必要而向间隙的周围的管上供给接合用的树脂，通过使树脂固化来固定树脂管。

以下，参照附图并以使用热塑性多层纤维强化片材作为树脂片材的情况为例对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

首先，在本发明中，说明在成形后的管状的树脂片材设置间隙的理由。图14是说明因树脂片材的间隙的有无而引起的接合状态的不同的图，且是对不设置间隙而成为管状的树脂片材与设置间隙而形成为管状的树脂片材的树脂接合结构进行比较并说明的图。在901(图14的(热熔敷))以及902(图14的(注塑接合))所示的结构中，尝试将热塑性多层纤维强化片材(以下，记载为片材)的间隙设定为0mm(端面彼此的接触)的接合。在此，结构901示出基于热熔敷将对接的片材端部接合的情况，结构902示出基于注塑接合将对接的片材端部的接合的情况，均在片材的端部不形成间隙。其结果是，在结构901以及902中的任一者中，因片材切断精度以及片材的热膨胀的原因均难以实现间隙为0mm的接合。另外，在结构901的基于热熔敷的接合中，为了抑制片材内的纤维的熔融和破裂而需要以无押压的方式进行接合，因此接合强度不足。结构902是通过接合剖面的厚度A来确保接合强度的结构，因此在A的厚度为5mm以下的情况下变得强度不足。经过上述的说明，本发明的特征在于，在片材对接面110间设置间隙116，且采用以片材对接面110和管半径方向外周面111这两个面进行接合的结构401(图14的(本发明))，且具有如下的接合剖面：即，通过向包括片材对接面110间的间隙116的金属模具内的半径方向接合用空间(后面的接合用空间109)注塑接合树脂而使片材对接面110和片材半径方向外周面111这两个面与接合树脂接合的接合剖面。

另外，与热熔敷接合而成的结构901的管进行比较的结果是，在前述的对接面110设置间隙116且在间隙116和管的周面进行了树脂接合的管中，向片材的接合面投入的热量显著降低，因此对接面110的热收缩得以抑制且片材的翘曲减少，从而得到圆度高的管。

需要说明的是，作为热塑性多层纤维强化塑料片材，使用了聚烯烃系片材。图15是示出热塑性多层纤维强化塑料片材的图。片材成为以铁心层1为中心而上下层叠粘结层2、由强化纤维构成的织布层即织物层3、以及作为基体树脂片材的表皮层4直至规定厚度的结构，使用了将总厚度为1.2mm的片材切成79mm×306mm的尺寸的坯料(后面的坯料102)。通过将该坯料卷绕于外径为φ27mm的圆筒形状的芯棒，片材对接面的间隙成为约5.8mm。另外，例如，金属模具内的接合用空间能够在外周侧设置2.0mm。

关于该间隙以及接合用空间的设定，通过在片材的对接面设置0.3mm以上且周长的30％以下的间隙，在金属模具侧设置以该片材的间隙为中心而在半径方向上距片材的内缘或外缘有0.3mm以上且5mm以下、且在圆周方向上以间隙为中心而距片材的端面有单侧1.5mm以上且20mm以内的空间，另外，在管形状的轴向两端也设置距片材的轴向端面有2mm以上的空间，由此得到接合强度高的塑料管。

作为接合用树脂，能够使用与上述图15所示的聚烯烃系片材相同的聚烯烃系树脂。通过使片材以及接合用树脂相同，片材表面产生局部熔融接合和基于固着效果的接合，从而获得更牢固的接合强度。

图1～图4是示出本发明的实施方式1中的热塑性多层纤维强化塑料管的制造工序的图。在图1中，首先，将热塑性多层纤维塑料片材101切出规定的大小而形成坯料102(图1的工序a)。接下来，利用在上下板具有加热机构的预热夹具103，以60℃且将坯料102夹入并保持在30sec间而进行预备加热(图1的工序b)。接下来，将预备加热后的坯料102配置于由型腔106、滑动铁心105、圆筒形状的芯棒108以及铁心107构成的金属模具内，通过注塑成形机的合模使安装于铁心107的滑动铁心105一边移动一边接近型腔106，在坯料102卷绕于芯棒108并且具有半径方向接合用空间109的状态且在片材对接面110间具有间隙的状态下，形成管状坯料104，结束合模(图2的工序c)。然后，通过设于型腔106以及滑动铁心105的浇口113而向半径方向接合用空间109注塑熔融的接合树脂117，使管状坯料104接合而成形为一体(图3的工序d)。在冷却后将铁心107脱模，由此解放滑动铁心105并去除横浇道114，并且拔出圆筒形状的芯棒108而取出热塑性多层纤维强化塑料管115，该热塑性多层纤维强化塑料管115通过使接合树脂117在接合用空间成形而与在对接面110具有接合用空间的状态下形成为管状的塑料片材一体成形为管状(图4的工序e)。

根据所述结构，通过利用热塑性多层纤维强化塑料片材来制造管，在与通过对日本波利普罗(Polypro)株式会社制的聚丙烯(BC03B)注塑成形而制造出的管相同的厚度中，获得1.2倍的弯曲强度(JIS K6911-1979)。另外，通过在片材对接面110间设置间隙116，能够无视向接合用空间注塑接合树脂时的热膨胀，因此无需准确地对位，能够容易使管状坯料104的安装精度以及成形条件具有灵活性，从而高精度地提高轻型化、高强度化后的树脂管的生产性、成品率。

需要说明的是，在本实施方式中，作为预备加热而设置有预热夹具103，但在管状坯料104容易变形的情况下也可以不设置预热夹具103。另外，在本实施方式中，通过成形机的合模使滑动铁心105移动，在通过向圆筒形状的芯棒108卷绕有坯料102而获得管形状之后，利用接合用树脂进行接合，但也可以在利用预热夹具103对坯料102进行预备加热之后，将利用其他夹具对坯料102进行预备弯曲后的构件安装于金属模具，并利用接合用树脂进行接合。另外，半径方向接合用空间109也可以设于管状坯料104的内周面112侧。另外，在本实施方式中，强化纤维以及基体树脂片材均使用聚烯烃系，但只要是能够以连续纤维构成织布层的强化纤维以及能够层叠为片状的树脂等即可，原材料的材质、种类并没有特别地限定。另外，在本实施方式中，虽然使用了聚烯烃系的强化纤维以及由基体树脂片材构成的与聚烯烃系片材相同的聚烯烃系接合用树脂，但该组合并没有特别地限定，也可以将不同系统的强化纤维以及片材彼此接合而制造管。

(实施方式2)

图5是例示出本发明的实施方式2的热塑性多层纤维强化塑料管的轴向剖面形状的图，图6是示出实施方式2的热塑性多层纤维强化塑料管的制造装置中的金属模具的结构例的图。在图5、图6中，对与图1～图4相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略说明。

在实施方式2中制造的树脂管是对实施方式1所示的热塑性多层纤维强化塑料管的两端部赋予了任意形状的结构。任意的形状是例如具有一定功能的功能形状，使用图6所示的、与半径方向接合用空间109连续地设有用于对功能形状进行树脂成型的轴向接合用空间206的金属模具，与接合树脂形成为一体。

在图5、图6中，一体成形为管状的热塑性多层纤维强化塑料管215的轴向剖面形状通过构成热塑性多层纤维强化塑料管215主体的管状结构体201和所赋予的功能形状202构成。向管状结构体201的端部赋予的功能形状202形成于管状结构体201的轴向端面203以及外周面204这两个面。此时，在金属模具的功能形状202的与轴向对应的位置处设置的轴向接合用空间206的宽度为20.0mm，半径方向的厚度与在实施方式1中设定的半径方向接合用空间109的厚度2.0mm一致。

根据所述结构，与实施方式1相同地，利用热塑性树脂将管状坯料端面以及内周或外周中的任意最少两个面接合，由此能够提高管的强度。另外，由于在成形为一体时同时赋予功能形状202，因此能够削减在后续工序中另外赋予功能形状的工序，生产性提高。

需要说明的是，在实施方式2中，轴向片材端面203的接合可以是管状结构体201的轴向端面203以及轴向内周面205这两个面的接合，或者也可以包括全部三个面(内周面、外周面、管状坯料端面)进行接合。

(实施方式3)

图7是列举出本发明的实施方式3的热塑性多层纤维强化塑料管的半径方向片材端面形状的例子的图。

在图7中，管状坯料104的端面形状也可以不是光滑的剪切面即片材对接面110(例1)，例如也可以是断裂面301(例2)、锥面303(例4)，形状并没有限定。另外，也可以在坯料切断时故意地将间隙设置得较大而产生毛刺302(例3)。

根据所述结构，通过增粗断裂面而发现固着效果，通过设置锥面、毛刺而使接合面积增大，接合强度提高。另外，坯料切出时的片材端面形状没有限制，因此无需精密切出，能够以比较廉价的方法来制作坯料。

需要说明的是，在上述实施方式3中，即便使轴向片材端面成为粗糙面，也能够获得同样的效果。

(实施方式4)

图8是列举出本发明的实施方式4的热塑性多层纤维强化塑料管的半径方向片材接合剖面形状的例子的图。

在图8中，热塑性多层纤维强化塑料管的半径方向接合剖面形状可以是，将管状坯料104的端面203和管状坯料104的外周面204接合的剖面形状的结构401(例1)，或者可以是将管状坯料104的端面203和内周面205接合的剖面形状的结构402(例2)，或者也可以是包括全部三个面(内周面205、外周面204、管状坯料104的端面203)而接合的剖面形状的结构403(例3)。在包括全部三个面而接合的剖面形状的结构403的情况下，如结构404所示那样，接合后的对接面状态也可以不在圆周上排列(例4)。

根据所述结构，通过将管状坯料104的端面203和管状坯料104的内周或者外周中的任意最少两个面或者包含其全部而接合，能够确保接合强度，另外，由于仅管状坯料104的端面203附近被加热，因此能够在无纤维破裂而保持外观品质、强度的状态下进行制造。

(实施方式5)

图9是列举出本发明的实施方式5的热塑性多层纤维强化塑料管的片材对接面形状的例子的图。

在图9中，热塑性多层纤维强化塑料管的片材对接面形状可以不是直线501(例1)，也可以是波形状502(例2)、底切形状503(例3)、或者在距端面规定距离处打孔的开孔形状504(例4)。另外，在规定距离处打孔的开孔形状504中，孔可以不是直孔505(例5)，也可以是锥形孔506(例6)。

根据所述结构，与片材对接面形状为直线501的情况相比，波形状502、底切形状503等更增大片材的对接面的面积，能够增大热塑性多层纤维强化塑料管的接合强度。另外，通过设置底切形状503，能够进一步提高接合强度。

需要说明的是，实施方式5中的片材对接面的形状可以在轴向片材的一方形成，但通过在轴向片材两端形成同样的结构，能够进一步提高接合强度。

(实施方式6)

图10是列举出本发明的实施方式6的热塑性多层纤维强化塑料管的轴向两端功能形状的例子的图。

在图10中，在热塑性多层纤维强化塑料管215的轴向的一端或者两端形成的功能形状202是自由的，例如能够附加图5所示的热塑性多层纤维强化塑料管215的形状(例1)、接头形状的内接形状601和外接形状602(例2)、堵塞管的一端的形状605(例3)、以及L字形状606(例4)、T字形状607(例5)等功能形状。此外，并不局限于两端，也可以在管的中央或者任意的位置赋予上述的功能形状608(例6)。

根据所述结构，由于能够使与所制造的管的使用方式相应的功能形状自由且在成形为一体的同时赋予功能形状，因此无需后续工序的追加加工，另外，能够灵活地应对各种产品而使用。

需要说明的是，在构成接头形状的内接形状601、外接形状602中并不局限于直嵌合，也可以为螺纹形状等。

(实施方式7)

图11是列举出本发明的实施方式7的热塑性多层纤维强化塑料管的剖面形状的例子的图，图12是按照工序示出制造实施方式7中的沿轴向实施了锥度的管的方法例的图。

在图11中，管剖面形状并不局限于圆形状的结构401(例1)，也可以是方形状701(例2)、椭圆状702(例3)，只要是卷绕成管状的形状即可，并没有特别地限制。另外，如图12所示，在切出坯料时设为梯形坯料703，以卷绕于设有锥度的芯棒704的状态接合梯形坯料703，由此能够制造沿轴向实施了锥度的管705。

根据所述结构，也能够制造圆筒以外的管形状，能够灵活地应对各种产品而使用。

(实施方式8)

图13是按照工序示出本发明的实施方式8的热塑性多层纤维强化塑料管的制造方法例的图。

在图13中，作为热塑性多层纤维强化片材的坯料802可以不由一片构成，也可以通过热塑性树脂803来接合两片坯料802并形成为管形状801。根据本结构，在由两片片材制造热塑性多层纤维强化塑料管的情况下，通过使用前述的实施方式1～7的结构，也获得相同的效果。

根据所述结构，在以多个片材接缝进行接合时，通过在相对于管的半径方向剖面而呈点对称或线对称的位置处设置对接面，能够进一步提高圆度。此外，还获得翘曲的抑制效果。

另外，片材也可以为两片以上，只要在能够构成管形状的范围内即可，片数没有特别地限制。

需要说明的是，实施方式1、2、3、4、5、6、7、8可以同时组合多个。

工业实用性

本发明能够容易且生产性高地生产树脂管，并且使树脂管轻型化、高强度化，在由热塑性多层纤维强化塑料等构成的树脂管及其制造方法等中是有用的。

Claims

1.一种树脂管的制造方法，其特征在于，

所述树脂管的制造方法包括：

以在树脂片材的端部间形成间隙的方式将所述树脂片材成形为管状而形成管状结构体的工序；以及

至少包括所述间隙在内对所述管状结构体进行树脂封固的工序。

2.根据权利要求1所述的树脂管的制造方法，其特征在于，

在进行所述树脂封固时，对所述间隙以及所述管状结构体的内周面及外周面中的至少一方的与所述间隙邻接的区域一起进行树脂封固。

3.根据权利要求2所述的树脂管的制造方法，其特征在于，

在进行所述树脂封固时，对所述管状结构体同时赋予功能形状。

4.根据权利要求3所述的树脂管的制造方法，其特征在于，

所述树脂片材为多个片材，在所述管状结构体中，在多个所述片材之间全部设置所述间隙，在进行所述树脂封同时，所有的所述间隙被树脂封固。

5.根据权利要求4所述的树脂管的制造方法，其特征在于，

在将所述树脂片材成形为管状时，通过将所述树脂片材卷绕于芯棒而形成具备所述间隙的所述管状结构体。

6.根据权利要求5所述的树脂管的制造方法，其特征在于，

在将所述树脂片材成形为管状之前，对所述树脂片材进行预热。

7.根据权利要求6所述的树脂管的制造方法，其特征在于，

所述树脂片材为热塑性多层纤维强化塑料制的片材。

8.一种树脂管，其特征在于，

所述树脂管具有：

管状的管状结构体，其由一个或多个树脂片材构成，且所有的所述树脂片材隔开间隙地配置；以及

接合树脂，其至少包括所述间隙在内对所述管状结构体进行树脂封固。

9.根据权利要求8所述的树脂管，其特征在于，

所述接合树脂对所述间隙以及所述管状结构体的内周面及外周面中的至少一方的与所述间隙邻接的区域一起进行树脂封固。

10.根据权利要求9所述的树脂管，其特征在于，

所述树脂片材为热塑性多层纤维强化塑料制的片材。

11.根据权利要求10所述的树脂管，其特征在于，

所述热塑性多层纤维强化塑料制的片材是将由强化纤维形成的织布层和基体树脂片材层叠为规定厚度的片材。

12.根据权利要求8所述的树脂管，其特征在于，

形成所述间隙的端部的所述树脂片材的端面是具有毛刺的断裂面。

13.根据权利要求8所述的树脂管，其特征在于，

形成所述间隙的端部的所述树脂片材的端面为波形状、底切形状、或者在距所述端面任意距离的位置处开孔的形状。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的树脂管，其特征在于，

所述树脂管还具有如下的功能形状，该功能形状为形成于所述管状结构体、且由与所述接合树脂相同的树脂构成的接头形状、螺纹形状或者堵塞所述管状结构体的一端或两端的形状。

15.根据权利要求14所述的树脂管，其特征在于，

所述接头形状为L字形状或者T字形状。

16.根据权利要求15所述的树脂管，其特征在于，

所述管状结构体为圆柱形状、圆锥形状、或者棱柱形状。

17.根据权利要求15所述的树脂管，其特征在于，

所述管状结构体的与轴交叉的剖面形状为圆、椭圆、或者多边形。