JP2001270004A - 繊維強化樹脂管の製造方法並びに製造装置 - Google Patents

繊維強化樹脂管の製造方法並びに製造装置

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JP2001270004A
JP2001270004A JP2000082499A JP2000082499A JP2001270004A JP 2001270004 A JP2001270004 A JP 2001270004A JP 2000082499 A JP2000082499 A JP 2000082499A JP 2000082499 A JP2000082499 A JP 2000082499A JP 2001270004 A JP2001270004 A JP 2001270004A
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reinforcing material
reinforced resin
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core
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Fumio Murata
二三夫 村田
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より少ない量の周方向繊維で、所定の扁平荷
重に対する管軸方向強度が得られるようにする。 【解決手段】 軸方向所定位置に設けた繊維供給装置1
4を芯型4の回転方向とは逆方向に軸心回りに回転さ
せ、該繊維供給装置14から連続繊維状補強材7を繰り
出しつつ、軸心回りに回転しつつ軸方向に移動する円筒
状芯型4の外周に補強材7巻回させることで、生産性を
低下させることなく周方向補強繊維の巻き付け角度を小
さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合FRP管など
の繊維強化樹脂管の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の繊維強化樹脂管の製造方法とし
て、例えば特開平9−239857号公報に開示された
ものがある。この製造方法は、芯型に紙管を用いるいわ
ゆる紙管方式が採用されており、マンドレル上に帯状原
紙を螺旋状に巻きつけるようにして円筒状芯型(コア)
を形成し、その芯型を周方向に回転させつつ軸方向に進
行させ、その周りに、離型フィルム、連続繊維状補強材
及び成形材料等を供給して螺旋状に巻回し、これを硬化
炉内を通過させることにより、成形材料中の熱硬化性樹
脂を硬化させた後、切断装置で適宜長さに切断して繊維
強化樹脂管を得るものである。
【0003】コアを形成するために帯状原紙としては、
例えば肉厚0.5〜1.0mm程度で130mm程度の
幅を有する帯状のボール紙が使用され、その巻付角度
は、製造すべき管の呼び径に対応して設定されている。
また、この帯状原紙からなるコアの周りに順次巻回され
る各材料(特に補強材)の巻角度も、帯状原紙の巻角度
と同じ角度に設定されている。なお、帯状原紙に代え
て、無端のスチールベルトを螺旋状に巻回してコアを形
成するように構成した連続成形機も知られている(例え
ば、特公平7−29835号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のフィラメン
トワインディング成形では、周方向に巻き付けられる繊
維状補強材も必然的に一定の角度で螺旋状に巻回される
が、これにより周方向補強繊維が斜めに配向され、製造
すべき管の扁平荷重の規格を満足するために過剰な量の
周方向補強繊維が必要となり、コスト高の原因となって
いた。
【0005】なお、帯状原紙の幅を小さくするととも
に、該帯状原紙の巻き付け角度を小さくすれば、補強繊
維の巻き付け角度も小さくなり、少量の周方向繊維で所
望の強度を得ることができるが、その一方でマンドレル
の回転数を上げなければ生産性が低下してしまうし、ま
た、回転数を上げるためには、帯状原紙や各成形材料の
供給速度をも比例して早める必要があり、設備全体の設
計変更を余儀なくされる。
【0006】そこで、本発明は、生産性を低下させるこ
となく、周方向繊維供給装置の改良により周方向補強繊
維の巻き付け角度を小さくすることで、周方向補強繊維
の量を低減しつつ所要の強度(特に管軸方向強度)を持
たせて、より一層のコスト低減を図ることを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次の技術的手段を講じた。
【0008】即ち、本発明は、軸心回りに回転しつつ軸
方向に移動する円筒状芯型の外周に、軸方向所定位置で
連続繊維状補強材を巻回する工程を有する繊維強化樹脂
管の製造方法において、前記工程では、軸方向所定位置
に設けた繊維供給装置を、芯型の回転方向とは逆方向に
軸心回りに回転させ、該繊維供給装置から前記連続繊維
状補強材を繰り出しつつ芯型の外周に巻回させることを
特徴とするものである。
【0009】かかる本発明の製造方法によれば、繊維供
給装置を芯型の回転方向とは逆方向に回転させているの
で、固定された糸道ガイドから補強材を供給する従来方
法に比して、芯型が軸方向に所定寸法だけ移動する間の
周方向の巻き付け距離が大きくなり、その結果、繊維状
補強材の芯型への巻き付け角度が小さくなる。したがっ
て、管の所定の扁平強度を得るための周方向補強材の量
を少なくすることができ、コスト低減を図ることが可能
である。さらに、繊維供給装置の回転数を調節すること
により周方向補強材の増量又は減量を管の成形中におい
ても行うことが可能であり、管設計の自由度が向上す
る。また、周方向補強材の巻き付け角度が小さくなるこ
とで、成形された後の経時的な管歪が減少し、例えば成
形された管を半割にした時でも、かかる半割管としての
寸法精度が向上する。
【0010】上記本発明の製造方法において、繊維供給
装置に、周方向に配設した複数のボビンを保持させてお
き、各ボビンから前記連続繊維状補強材を繰り出して芯
型の外周に巻回させることができる。
【0011】上記製造方法は、次の製造装置を用いて実
施することが可能である。かかる本発明の製造装置は、
軸心回りに回転するマンドレルの外周に帯状のコア形成
材を螺旋状に巻回することで軸心回りに回転しつつ軸方
向に移動する円筒状芯型が形成されるとともに、前記マ
ンドレルの軸方向所定位置に、芯型の外周に螺旋状に巻
回される連続繊維状補強材を供給する繊維供給装置が設
けられた繊維強化樹脂管の製造装置であって、前記繊維
供給装置を前記芯型の回転方向とは逆方向に軸心回りに
回転させる回転駆動機構を備えていることを特徴とする
ものである。
【0012】なお、コア形成材としては、ボール紙など
からなる帯状原紙や、スチールベルトを用いることがで
きる。また、連続繊維状補強材としては、ガラス繊維を
用いることができる。
【0013】上記繊維供給装置は、種々の構成とするこ
とができ、例えば、ドーナツ板状の基板をマンドレルと
同心状に配置し、この基板に連続繊維状補強材が繰り出
されるボビンを取付けるとともに該補強材の糸道ガイド
を設け、上記基板を回転駆動機構によって回転駆動する
ように構成することができる。
【0014】また、上記本発明の製造装置において、繊
維供給装置は、連続繊維状補強材が繰り出される複数の
ボビンを周方向所定間隔で保持するボビン保持体を備え
ており、回転駆動機構は、少なくとも、ボビン保持体に
保持された複数のボビンとともにボビン保持体を芯型の
回転方向とは逆方向に回転させるものとすることができ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0016】図1は本発明の一実施形態に係るFRP複
合管(繊維強化樹脂管)の製造方法並びに製造装置を示
している。まず、本実施形態の製造装置1について説明
すると、該装置1は、軸心回りに回転駆動する柱状若し
くは円筒状のマンドレル2を備えており、該マンドレル
2上に帯状原紙からなるコア形成材3を螺旋状に巻き付
け、その側縁部同士を接合するようにして紙管円筒体か
らなる芯型(コア)4が形成されている。上記コア形成
材3は、マンドレル2に所定の巻き付け角度θ1で巻き
付けられており、芯型4が、マンドレル2の回転に伴っ
て周方向(図中、矢印Aで示す)に回転しつつ軸方向に
進行するようになっている。
【0017】上記芯型4の周囲には、離型紙5、内面保
護材6、内層FRPの周方向補強繊維7及び軸方向補強
繊維8、これら補強繊維7,8に含浸される熱硬化性樹
脂9、レジンコンクリート層を形成するレジンモルタル
10、外層FRPの軸方向補強繊維11及び周方向補強
繊維12、及び、これら補強繊維11,12に含浸され
る熱硬化性樹脂13が順次供給され、内外のFRP層の
間にレジンモルタル層が形成された複合FRP管を形成
していく。この複合FRP管を構成する材料の積層が完
了した後、硬化炉30内で加熱され、未硬化の熱硬化性
樹脂をすべて硬化させ、複合FRP管31が製造され
る。
【0018】なお、上記熱硬化性樹脂9,13や、レジ
ンモルタルに結合材として含有されている熱硬化性樹脂
としては、不飽和ポリエステル樹脂を好適に用いること
ができるが、その他適宜の樹脂を用いることが可能であ
る。また、周方向補強繊維7,12としては連続的に供
給される糸状若しくは帯状のガラス繊維を用いることが
でき、軸方向補強繊維8,11としては予め所定長さに
裁断されたガラス繊維を用いることができる。
【0019】上記周方向補強繊維7,12は、図2に示
す繊維供給装置14から供給され、芯型4の外周に螺旋
状に巻回される。該繊維供給装置14は、マンドレル2
の軸方向所定位置に配設されており、連続繊維状補強材
である周方向補強繊維7,12を芯型4へ供給する。ま
た、この繊維供給装置14は、適宜の回転駆動機構15
によって芯型4の回転方向Aとは逆方向Bに周方向に回
転される。即ち、繊維供給装置14は、周方向補強繊維
7が繰り出される複数のボビン16を周方向所定間隔で
保持するボビン保持体17を備えている。図示例のボビ
ン保持体17は、ドーナツ板状の基板18の下流側側面
に、各ボビン16を回転自在に保持する複数の保持軸1
9が周方向所定間隔で設けられたものである。また、各
ボビン16に対応して糸道ガイド25が設けられてお
り、ボビン16から芯型4側に連続状のガラス繊維7を
円滑に供給し得るようにしている。なお、図示実施形態
では、8つの保持軸19を全周に亘ってほぼ等間隔に設
けたが、各ボビン16間の間隔は必要に応じて適宜定め
ることができ、また、ガラス繊維からなるロービングが
多数本集束された帯状の補強材を供給するものである場
合などにおいては複数のボビンは必要ではない。
【0020】上記回転駆動機構15は、ボビン保持体1
7に保持された複数のボビン16とともにボビン保持体
17を芯型4の回転方向とは逆方向に回転させるもので
ある。この回転駆動機構15も種々の構成とすることが
でき、例えば、上記基板18を支持ローラ20によって
回転自在に支持するとともに、基板18の外周にギヤを
設けておき、モータによって回転駆動される伝動ギヤ2
1を基板18側のギヤと噛合させることで、ボビン保持
体17を矢印Bの方向に回転駆動することが可能であ
る。また、例えばマンドレル2の周囲に円環状のレール
を配設しておき、該レールに沿って周方向に回転駆動す
る回転体から補強材7を供給するように構成することも
可能である。
【0021】なお、ボビン保持体17に保持させた全て
のボビン16から補強材7を供給する必要はなく、管に
要求される扁平荷重強度に応じて、必要数のボビン16
から補強材7を供給すればよい。
【0022】上記実施の形態に係る製造装置1によれ
ば、周方向補強繊維7,12を供給するための繊維供給
装置14を、芯型4の回転方向とは逆方向に回転させつ
つ、周方向補強繊維となる連続状のガラス繊維7,12
を芯型4の周囲に巻回しているので、この周方向補強繊
維の繊維方向の傾斜角が半減し、より少ない量の補強繊
維で所要の扁平荷重強度を得ることができる。
【0023】
【実施例】本願発明者は、周方向補強繊維の繊維角度θ
2(芯型に対する巻付角度)による製造された管の強度
を試験した結果、次の表1の関係が得られた。この巻き
付け角度と強度との関係から明らかなように、巻き付け
角度θ2が広角になる程、著しく強度低下することが解
る。
【0024】
【表1】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 繊維角度θ2 10° 20° 30° 40° 引張強さ 100% 66% 49% 31% 曲げ強さ 100% 89% 66% 48% −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【0025】そこで、直径(呼び径)が150mmの複
合FRP管を上記実施形態に係る製造装置1で製造した
ところ、繊維供給装置14の回転数に応じて周方向補強
繊維の繊維角度θ2は次の表2のようになった。
【0026】
【表2】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 芯型1回転に対する繊維供給装置の回転数 繊維角度(θ2) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 0回転(従来) 23.4° 1回転(本発明) 11.7° 2回転(本発明) 7.8° −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【0027】この結果から明らかなように、繊維供給装
置を1回転すれば、周方向補強繊維の巻き付け角度θ2
は半分となり、表1の様に管軸方向強度が著しく向上し
た。更に、繊維供給装置を2回転させれば、より一層繊
維角度が小さくなり、より大きな管軸方向強度を得るこ
とができる。
【0028】
【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂管の製造方法並び
に製造装置によれば、マンドレルの回転速度を低下させ
たり、回転しながら軸方向に移動するコアを形成するた
めにマンドレルの外周に螺旋状に巻回される帯状のコア
形成材の幅を小さくすることなく、繊維供給装置の改良
によって周方向補強繊維の巻き付け角度を小さくするこ
とができ、より少量の周方向繊維によって所定の扁平荷
重による管軸方向強度を得ることができ、繊維強化樹脂
管のコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るFRP複合管の製造
装置の全体簡略側面図である。
【図2】図1のI−I線矢視図である。
【符号の説明】
1 繊維強化樹脂管の製造装置 2 マンドレル 3 コア形成材 4 芯型 7,12 連続繊維状補強材 14 繊維供給装置 16 ボビン 17 ボビン保持体 20 支持ローラ(回転駆動機構) 21 伝動ギヤ(回転駆動機構)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸心回りに回転しつつ軸方向に移動する
    円筒状芯型の外周に、軸方向所定位置で連続繊維状補強
    材を巻回する工程を有する繊維強化樹脂管の製造方法に
    おいて、 前記工程では、軸方向所定位置に設けた繊維供給装置
    を、芯型の回転方向とは逆方向に軸心回りに回転させ、
    該繊維供給装置から前記連続繊維状補強材を繰り出しつ
    つ芯型の外周に巻回させることを特徴とする繊維強化樹
    脂管の製造方法。
  2. 【請求項2】 繊維供給装置に、周方向に配設した複数
    のボビンを保持させておき、各ボビンから前記連続繊維
    状補強材を繰り出して芯型の外周に巻回させることを特
    徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂管の製造方法。
  3. 【請求項3】 軸心回りに回転するマンドレルの外周に
    帯状のコア形成材を螺旋状に巻回することで軸心回りに
    回転しつつ軸方向に移動する円筒状芯型が形成されると
    ともに、前記マンドレルの軸方向所定位置に、芯型の外
    周に螺旋状に巻回される連続繊維状補強材を供給する繊
    維供給装置が設けられた繊維強化樹脂管の製造装置であ
    って、 前記繊維供給装置を前記芯型の回転方向とは逆方向に軸
    心回りに回転させる回転駆動機構を備えていることを特
    徴とする繊維強化樹脂管の製造装置。
  4. 【請求項4】 繊維供給装置は、連続繊維状補強材が繰
    り出される複数のボビンを周方向所定間隔で保持するボ
    ビン保持体を備えており、回転駆動機構は、少なくと
    も、ボビン保持体に保持された複数のボビンとともにボ
    ビン保持体を芯型の回転方向とは逆方向に回転させるも
    のであることを特徴とする請求項3に記載の繊維強化樹
    脂管の製造装置。
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