JP2004330559A - 繊維強化中空構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性、寸法安定性に優れ、軽量で、剛性、強度が高く、また、施工作業性に優れた、細霧冷房などへの利用にも充分な耐圧性能を有する経済的な繊維強化中空構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】中芯３の外周に熱硬化性樹脂を付着させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成して繊維強化中空構造体であるパイプ１を製造する。具体的には、中芯３に熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂を付着させた後、強化繊維であるガラス繊維ロービングをワインダーでＳＺの２層で巻回し、長手方向一方向の樹脂を含浸したガラス繊維を沿わせ絞り成形する。巻回する強化繊維に熱硬化性樹脂を付着させないことが好ましい。
【選択図】 図１
【解決手段】中芯３の外周に熱硬化性樹脂を付着させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成して繊維強化中空構造体であるパイプ１を製造する。具体的には、中芯３に熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂を付着させた後、強化繊維であるガラス繊維ロービングをワインダーでＳＺの２層で巻回し、長手方向一方向の樹脂を含浸したガラス繊維を沿わせ絞り成形する。巻回する強化繊維に熱硬化性樹脂を付着させないことが好ましい。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、温室ハウス内で散水、噴霧（細霧冷房）、あるいは農薬を散布するための灌水管に用いて好適な繊維強化中空構造体、特に、熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された繊維強化熱硬化性樹脂層（以下、ＦＲＰ層と略す）と、このＦＲＰ層の外周に配置された熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成り、耐圧性能が改良された繊維強化中空構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば温室ハウス内で散水または農薬散布をする灌水管として、一般的にＰＶＣパイプが使用されていた。ＰＶＣパイプは線膨張係数が大きく、耐熱性に劣り、また、曲げ剛性が小さい等のため、温度上昇により膨張しやすく、膨張した場合には曲がりが発生し、元の形状に戻すことができないため、散水方向が定まらなくなるといった課題がある。また、温度上昇がない場合であっても、曲げ剛性が低く、自重によってたわみやすいので、支持スパンを大きくとることができないといった課題もある。また、ＰＶＣパイプは安価であるが、焼却処分するとダイオキシン発生の問題もある。
【０００３】
ところで、上述したＰＶＣパイプに代えて、本出願人は、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された一方向強化ＦＲＰ層と、このＦＲＰ層の外周に配置されたＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成る一方向繊維強化中空構造体を開発している（特許文献１を参照）。
【０００４】
このような３層構造より成る繊維強化中空構造体は、長手方向に伸びるガラス長繊維と熱硬化性樹脂よりなるＦＲＰを含むため低線膨張係数、高耐熱性、高剛性であり、上述したＰＶＣパイプから成る灌水管に見られるような欠点は無い。また、表面層がＡＢＳ樹脂製であるため、ＰＶＣ樹脂製の配管部材を使用して、トルエン、キシレン、ＭＥＫ等の溶剤を含む接着剤を用いて簡単に接続できるといった利点もある。その他、軽量である等の優れた特徴を有するため、近年、需要が伸びている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１７８９４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハウス内で用いられる灌水管の用途の一つとして細霧冷房がある。細霧冷房は、高圧水を霧状に噴霧して、ハウス内の温度上昇を防ぐことを目的とするものであるため、一般の散水、農薬（殺虫剤含む）散布と比較して、高圧力下で使用される。例えば、散水では内圧が５ｋｇ／ｃｍ２（０．５ＭＰａ）程度以下であるのに対し、細霧冷房では１０〜３０ｋｇ／ｃｍ２（１〜３ＭＰａ）である。
【０００７】
従って、上述した３層構造より成る繊維強化中空構造体にあっては、補強が長手方向の一方向のみなので、内圧に対する抵抗が小さく、高圧下で、繰り返し使用され、あるいは、長時間使用されると、割れたり、漏れたりする。このため、一方向繊維強化中空構造体は、細霧冷房の灌水管として用いることができない等、その用途が限定されるという課題があった。
【０００８】
このような繊維強化中空構造体において、そのＦＲＰ層を構成するガラス繊維は長手方向の一方向（ＵＤ）のみに配向し、径方向には配向しておらず、破壊時には、まずＦＲＰ層が縦割れする。基本的に、耐圧性能は中芯、被覆層で保たれるため、耐圧性能を向上する方法としては、中芯、あるいは、被覆層の肉厚を厚くする方法がある。ところが、熱可塑性樹脂として採用されるＡＢＳ樹脂は、その強度、弾性率が塩ビ（硬質塩ビ）より低いので、塩ビ並みの耐圧性能を得るためには、ＡＢＳ樹脂製のパイプを塩ビ管の肉厚より更に厚くする必要があり、軽量といったメリットが損なわれるだけでなく、材料費が増加し、コストアップとなる。
【０００９】
そこで、本発明は、耐久性、寸法安定性に優れ、軽量で、剛性、強度が高く、また、施工作業性に優れた、細霧冷房などへの利用にも充分な耐圧性能を有する経済的な繊維強化中空構造体の製造方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された繊維強化熱硬化性樹脂層と、この繊維強化熱硬化性樹脂層の外周に配置された熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成り、前記繊維強化熱硬化性樹脂層が、前記中芯の外周に熱硬化性樹脂を付着させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成することを特徴とする繊維強化中空構造体の製造方法に関するものである。
【００１１】
本発明においては、前記フィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回して形成したり、前記フィラメントワインディング部の外周に、更に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えしたり、前記フィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えしたり、前記フィラメントワインディング部の外周に、熱硬化性樹脂を付着させ、更にその上に前記強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることができる。
【００１２】
また、本発明では、ワインド部の強化繊維には熱硬化性樹脂を付着させないで巻回することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る繊維強化中空構造体は、図１に示すように、例えば温室ハウス等で用いられる灌水管として用いられるパイプ１である。このパイプ１は、本体を構成する中間層２と、その内外周に一体に成形された中芯（内層）３および被覆層（外層）４とからなる３層構造となっている。
【００１４】
中間層２は、パイプ１の主要強度部材となるもので、ガラス繊維などの補強繊維にエポキシ、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸し、硬化させることによって得られる。
【００１５】
なお、補強繊維としては、他の例えば炭素繊維、ボロン、アラミド繊維、高弾性率の合繊繊維なども使用可能であるが、高価となるため、ガラス繊維を用いることが望ましい。
【００１６】
中芯３、および被覆層４は、熱可塑性樹脂から構成されるもので、接着剤に対する接着性、シール性および前記中間層２の繊維の毛羽立ちを防止し、作業者に対する保護層として機能する。
【００１７】
このような熱可塑性樹脂としては、中間層の熱硬化性樹脂と化学的親和力を有するものが使用され、たとえばＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂）、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン樹脂）、ＡＡＳ（アクリロニトリル−アクリル−スチレン樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）、ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂；ポリフェニレンとポリスチレンとのグラフト共重合体）等が挙げられる。
【００１８】
以上のパイプ１は、例えば次のようにして製造される。
まず、熱可塑性樹脂の中芯３を第１の押出機によりパイプ状に押出して連続的に成形固化した後、中芯３の表面に熱硬化性樹脂を塗布し、その上に中間層２を構成する強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング（以下、ＦＷと略する場合がある）部を形成し、更にその上に前記強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に連続的に被覆して環状に賦形し、そして熱可塑性樹脂の被覆層４を第２の押出機によってさらに被覆する。このように、強化繊維を中芯３に巻き付けることで、中芯の強度を向上させ、内圧からの破壊強度を向上できる。
【００１９】
ついで、このようにして連続的に成形されたパイプ状物を直ちに冷却水中に入れて被覆層４を冷却固化し、その後、同一のライン上に配置されている熱湯漕中を通過させ、中間層２の熱硬化性樹脂を加熱硬化させることにより、本発明の複合パイプ１が得られる。
【００２０】
本発明は、繊維強化中空構造体の製造方法、より詳細には、中芯３の外周に中間層２を形成するフィラメントワインディング法に特徴を有している。従来のフィラメントワインディング法は、例えば特開２０００−１０９２７４に掲載されているように、まず、巻回工程において円筒形状のマンドレル上に、樹脂が含浸された強化繊維を巻回して、次いで、硬化工程において、この巻回された強化繊
維に含浸されている樹脂を硬化させている（
【００３４】以下）。
【００２１】
これに対し、本発明によれば、中芯３の外周に熱硬化性樹脂を塗布させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成して繊維強化中空構造体であるパイプ１を製造する。このような製造方法を採用しても、中間層２の厚みは従来品と大差は無く、外径の増加が無い。
【００２２】
本発明の構成をより具体的に述べると、中芯３に熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂を塗布した後、強化繊維であるガラス繊維ロービングをワインダーでＳＺの２層で巻回し、長手方向一方向の樹脂を含浸したガラス繊維を沿わせ絞り成形する。この場合、例えば、フィラメントワインディング層の厚みは０．１〜０．４ｍｍ（製品外径に対し、０．３〜２．５％の厚み）、一方向層の厚みは０．６〜１．８ｍｍ（製品外径に対し、２．５〜８．０％の厚み）程度とするのが好ましい。また、ＳＺでフィラメントワインディングして、さらに熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を縦添えした後、絞り成形することにより、外径を精度良く仕上げることができる。
【００２３】
中芯３への樹脂塗布は、中芯外径＋０．５ｍｍ程度のノズルを備えた樹脂槽を通過させて行なう。中芯への樹脂塗布が少ないと、中芯とフィラメントワインディング層との接着が劣るばかりでなく、巻回したガラスロービングがずれてしまう。また、樹脂が多量に塗布されると、一方向層を積層するまでの工程で樹脂がたれてしまう。
【００２４】
フィラメントワインディングに使用するガラス繊維等の強化繊維は、そのロービングの番手を１００ＴＥＸ〜１５００ＴＥＸとすることが好ましく、特に好ましいのは２５０ＴＥＸ〜１２００ＴＥＸである。番手が小さい方が製品の表面に凹凸が出にくくなり平滑な仕上がりの点で好ましいが、強度面で必要な量を巻回するには巻密度を高く、巻回数を多くしなければならず、生産性が低下する。
【００２５】
また、フィラメントワインディング部のガラスコンテント（Ｇ．Ｃ．）は４０〜５３ｖｏｌ％程度が好ましい。Ｇ．Ｃ．が低すぎると、巻回するロービングの隣同士に隙間ができ、耐圧性能に斑ができてしまう。また、Ｇ．Ｃ．が高すぎると、ＳＺ層のガラスの交点が多くなり、製品表面での凹凸の発生が顕著となってしまう。
【００２６】
強化繊維としては、ロービング、マット、クロス、テープ等の形状のガラスやその他公知の炭素繊維等の強化繊維を使用することができる。その中でもガラスロービングが絶対的な材料コスト、取扱性、補強効果のコストパフォーマンスの点で最も好ましい。
さらに、フィラメントワインディングのフィラメント成分の巻角度は中芯３に対して、６０度以上とすることが好ましい。
またさらに、熱硬化性樹脂には、脱泡剤および／または濡れ改質剤を添加することが好ましい。
【００２７】
本発明においては、第一のフィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回して形成することで、内圧によって中芯３が破壊するのを阻止し、耐圧性能および耐久性を向上させることができ、パイプの曲がりやねじれを防ぐこともできる。また、フィラメントワインディング部の外周に、更に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることで、長手方向の剛性を持たせることができる。さらに、フィラメントワインディング部の外周に、熱硬化性樹脂を付着させ、更にその上に強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることもできる。
【００２８】
特に、本発明においては、巻回する強化繊維に熱硬化性樹脂を付着させないことが好ましい。巻回する強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸しなくても、十分に強化繊維とマトリックスになる熱硬化性樹脂を馴染ませることができ、十分な補強効果が得られる。なお、本発明においては、フィラメントワインディングする強化繊維に樹脂を予め含浸した後、中芯部にフィラメントワインディングしてもよいが、強化繊維を巻回する際に、予め含浸した樹脂が遠心力により飛び散ってしまい生産性が劣る。
【００２９】
以上の製造方法により製造されたパイプ１は灌水管として用いて好適であり、これを灌水管として用いた場合には、吊り子（あるいはブラケット）等を介して所定間隔をおいて支持されるが、中間層２をフィラメントワインディング層と一方向ＦＲＰ層からなるＦＲＰ層とすることにより、同一外径で単重の大きな増加が無く耐圧性能が向上し、直線性に富み、単位長さあたりのたわみ量が極めて少ないために、従来のＰＶＣ製灌水管に比べて支持点間隔を十分に長く取れることになる。また、長期にわたるクリープも生じないことから、交換などを必要とせず、一旦配管した後はメンテナンスフリーとなる。しかも、中間層２と中芯３，被覆層４とは一体に接着しているので、灌水管としての曲げ剛性、機械加工性、接着性、およびシール性が高い。さらに、被覆層４が熱可塑性樹脂製であるため、外径精度が良く、耐久性、耐候性に優れる。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことは勿論である。
【００３１】
＝＝実施例１（ＵＭ２０ＦＷ、樹脂塗布２工程、細番手）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を塗布させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（５７５ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％）で巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。このとき、Ｓ層巻き付け後には再び、外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通してＺ層を巻き付けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）の一方向（ＵＤ）層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆し、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は１１０ｒｐｍとした。巻き角度は８８度である。
【００３２】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、目付け３２６ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。外観上、フィラメントワインディングの波打ちも見られなかった。
【００３３】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１５ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００３４】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、動墳装置を用いて初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（１．７ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数１４０，０００回以上となり、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は１０年以上と耐久性が向上している。
【００３５】
＝＝実施例２（ＵＭ２０ＦＷ、樹脂塗布２工程、１１００ＴＥＸ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を付着させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（１１００ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％）巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。このとき、Ｓ層巻き付け後には再び、外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通してＺ層を巻き付けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は５０ｒｐｍとした。巻き角度は６１度である。
【００３６】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、目付け３２６ｇ／ｍの繊維強化中空構造体（灌水管）を得た。製品表面にはフィラメントワインディングによる波打ちが若干見られた。
【００３７】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読みとったところ、１６ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００３８】
＝＝実施例３（樹脂塗布中芯のみ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を付着させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（１１００ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％）で巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は５０ｒｐｍとした。巻き角度は６１度である。
【００３９】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、目付け３２０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。製品表面にはフィラメントワインディングによる波打ちが若干見られる。
【００４０】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１５．５ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００４１】
＝＝比較例１（ＵＭ２０（既存品：一方向（ＵＤ）のみ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径２０．０ｍｍ、外径２２．８ｍｍの中芯を押出し、ワインディングすること無く、この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）を４２本積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。以後は実施例１と同様に成形し、外径２５．９ｍｍ、目付け２９０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体（灌水管）を得た。
【００４２】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（協和水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、７．１ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００４３】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（１．４ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数９，２００回で５０％破壊に至り、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は３．３ヶ月となる。
【００４４】
＝＝比較例２（ＦＷ部ドライのまま挿入・ＵＤ成分維持）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、更に、２台のワインダーでガラスロービング（１１００ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％ ）巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は５０ｒｐｍとした。巻き角度は６１度である。
【００４５】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、３１０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。
【００４６】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、５ＭＰａであった。フィラメントワインディング層のガラスロービングに予め含浸がされていないため、ＦＲＰ部（ＵＤ成分、フィラメントワインディング成分）にスが発生し、このスを水が端面より走り被覆よりリークしていた。
【００４７】
＝＝比較例３（ＶＰ２０）＝＝
一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ２０）を、長さ５０ｃｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１１．９ＭＰａで母材破壊に至った。
【００４８】
また、一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ２０）を、長さ５０ｃｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、動墳装置を用い、破壊圧力に対して３５％の負荷率（４．２ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数２３，５００回で５０％破壊に至り、１ヶ月の稼動が２，３００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は２年となる。
【００４９】
＝＝実施例４（ＵＭ１３ＦＷ、細番手）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１２．４ｍｍ、外径１４．３ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．４ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を付着させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（５７５ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量１４．８８ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．３ｖｏｌ％）巻き付け、厚み０．２５ｍｍ（製品外径に対し１．４％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）２６本を積層し、外径１６．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し５．３％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は１．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は４２ｒｐｍとした。巻き角度は６２度である。
【００５０】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１２．４ｍｍ、外径１７．９ｍｍ、目付け１８７ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。外観上、フィラメントワインディングの波打ちも見られなかった。
【００５１】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１４〜２０ＭＰａの範囲で、端末部材の破壊や抜けの発生が殆どで、２サンプルのみ（ｎ＝１０）２０ＭＰａで母材破壊に至った。
【００５２】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（２．１ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数１４０，０００回以上となり、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は１０年以上と耐久性が向上している。
【００５３】
＝＝比較例４（ＵＭ１３既存品：小口径ＵＤのみ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１３．０ｍｍ、外径１４．８ｍｍの中芯を押出し、ワインディングすること無く、この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）２６本を積層し、外径１６．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し５．３％の厚み）のＵＤ層を設けた。以後は実施例３と同様に成形し、外径１７．９ｍｍ、目付け１７０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体（灌水管）を得た。実施例３と同様にして耐水圧性能を測定したところ、破壊水圧は８．９ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００５４】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（２．０ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数１６，７００回で５０％破壊となり、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は１年１ヶ月となる。
【００５５】
＝＝比較例５（ＶＰ１３）＝＝
一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ１３）を、長さ５０ｃｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１４．７ＭＰａで母材破壊に至った。
【００５６】
また、一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ１３）を、長さ１ｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、動墳装置を用い、破壊圧力に対して３５％の負荷率（５．１ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数２３，５００回で５０％破壊に至り、１ヶ月の稼動が２，３００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は２年となる。
【００５７】
本発明の効果を表１に示す。
【表１】
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による繊維強化中空構造体の製造方法にあっては、耐久性に優れ、軽量で、剛性、強度が高く、耐水圧性能を改良することができる繊維強化中空構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法によって得られる繊維強化中空構造体の断面図である。
【符号の説明】
１ パイプ
２ 中間層
３ 中芯
４ 被覆層
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、温室ハウス内で散水、噴霧（細霧冷房）、あるいは農薬を散布するための灌水管に用いて好適な繊維強化中空構造体、特に、熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された繊維強化熱硬化性樹脂層（以下、ＦＲＰ層と略す）と、このＦＲＰ層の外周に配置された熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成り、耐圧性能が改良された繊維強化中空構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば温室ハウス内で散水または農薬散布をする灌水管として、一般的にＰＶＣパイプが使用されていた。ＰＶＣパイプは線膨張係数が大きく、耐熱性に劣り、また、曲げ剛性が小さい等のため、温度上昇により膨張しやすく、膨張した場合には曲がりが発生し、元の形状に戻すことができないため、散水方向が定まらなくなるといった課題がある。また、温度上昇がない場合であっても、曲げ剛性が低く、自重によってたわみやすいので、支持スパンを大きくとることができないといった課題もある。また、ＰＶＣパイプは安価であるが、焼却処分するとダイオキシン発生の問題もある。
【０００３】
ところで、上述したＰＶＣパイプに代えて、本出願人は、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された一方向強化ＦＲＰ層と、このＦＲＰ層の外周に配置されたＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成る一方向繊維強化中空構造体を開発している（特許文献１を参照）。
【０００４】
このような３層構造より成る繊維強化中空構造体は、長手方向に伸びるガラス長繊維と熱硬化性樹脂よりなるＦＲＰを含むため低線膨張係数、高耐熱性、高剛性であり、上述したＰＶＣパイプから成る灌水管に見られるような欠点は無い。また、表面層がＡＢＳ樹脂製であるため、ＰＶＣ樹脂製の配管部材を使用して、トルエン、キシレン、ＭＥＫ等の溶剤を含む接着剤を用いて簡単に接続できるといった利点もある。その他、軽量である等の優れた特徴を有するため、近年、需要が伸びている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１７８９４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハウス内で用いられる灌水管の用途の一つとして細霧冷房がある。細霧冷房は、高圧水を霧状に噴霧して、ハウス内の温度上昇を防ぐことを目的とするものであるため、一般の散水、農薬（殺虫剤含む）散布と比較して、高圧力下で使用される。例えば、散水では内圧が５ｋｇ／ｃｍ２（０．５ＭＰａ）程度以下であるのに対し、細霧冷房では１０〜３０ｋｇ／ｃｍ２（１〜３ＭＰａ）である。
【０００７】
従って、上述した３層構造より成る繊維強化中空構造体にあっては、補強が長手方向の一方向のみなので、内圧に対する抵抗が小さく、高圧下で、繰り返し使用され、あるいは、長時間使用されると、割れたり、漏れたりする。このため、一方向繊維強化中空構造体は、細霧冷房の灌水管として用いることができない等、その用途が限定されるという課題があった。
【０００８】
このような繊維強化中空構造体において、そのＦＲＰ層を構成するガラス繊維は長手方向の一方向（ＵＤ）のみに配向し、径方向には配向しておらず、破壊時には、まずＦＲＰ層が縦割れする。基本的に、耐圧性能は中芯、被覆層で保たれるため、耐圧性能を向上する方法としては、中芯、あるいは、被覆層の肉厚を厚くする方法がある。ところが、熱可塑性樹脂として採用されるＡＢＳ樹脂は、その強度、弾性率が塩ビ（硬質塩ビ）より低いので、塩ビ並みの耐圧性能を得るためには、ＡＢＳ樹脂製のパイプを塩ビ管の肉厚より更に厚くする必要があり、軽量といったメリットが損なわれるだけでなく、材料費が増加し、コストアップとなる。
【０００９】
そこで、本発明は、耐久性、寸法安定性に優れ、軽量で、剛性、強度が高く、また、施工作業性に優れた、細霧冷房などへの利用にも充分な耐圧性能を有する経済的な繊維強化中空構造体の製造方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された繊維強化熱硬化性樹脂層と、この繊維強化熱硬化性樹脂層の外周に配置された熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成り、前記繊維強化熱硬化性樹脂層が、前記中芯の外周に熱硬化性樹脂を付着させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成することを特徴とする繊維強化中空構造体の製造方法に関するものである。
【００１１】
本発明においては、前記フィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回して形成したり、前記フィラメントワインディング部の外周に、更に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えしたり、前記フィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えしたり、前記フィラメントワインディング部の外周に、熱硬化性樹脂を付着させ、更にその上に前記強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることができる。
【００１２】
また、本発明では、ワインド部の強化繊維には熱硬化性樹脂を付着させないで巻回することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る繊維強化中空構造体は、図１に示すように、例えば温室ハウス等で用いられる灌水管として用いられるパイプ１である。このパイプ１は、本体を構成する中間層２と、その内外周に一体に成形された中芯（内層）３および被覆層（外層）４とからなる３層構造となっている。
【００１４】
中間層２は、パイプ１の主要強度部材となるもので、ガラス繊維などの補強繊維にエポキシ、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸し、硬化させることによって得られる。
【００１５】
なお、補強繊維としては、他の例えば炭素繊維、ボロン、アラミド繊維、高弾性率の合繊繊維なども使用可能であるが、高価となるため、ガラス繊維を用いることが望ましい。
【００１６】
中芯３、および被覆層４は、熱可塑性樹脂から構成されるもので、接着剤に対する接着性、シール性および前記中間層２の繊維の毛羽立ちを防止し、作業者に対する保護層として機能する。
【００１７】
このような熱可塑性樹脂としては、中間層の熱硬化性樹脂と化学的親和力を有するものが使用され、たとえばＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂）、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン樹脂）、ＡＡＳ（アクリロニトリル−アクリル−スチレン樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）、ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂；ポリフェニレンとポリスチレンとのグラフト共重合体）等が挙げられる。
【００１８】
以上のパイプ１は、例えば次のようにして製造される。
まず、熱可塑性樹脂の中芯３を第１の押出機によりパイプ状に押出して連続的に成形固化した後、中芯３の表面に熱硬化性樹脂を塗布し、その上に中間層２を構成する強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング（以下、ＦＷと略する場合がある）部を形成し、更にその上に前記強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に連続的に被覆して環状に賦形し、そして熱可塑性樹脂の被覆層４を第２の押出機によってさらに被覆する。このように、強化繊維を中芯３に巻き付けることで、中芯の強度を向上させ、内圧からの破壊強度を向上できる。
【００１９】
ついで、このようにして連続的に成形されたパイプ状物を直ちに冷却水中に入れて被覆層４を冷却固化し、その後、同一のライン上に配置されている熱湯漕中を通過させ、中間層２の熱硬化性樹脂を加熱硬化させることにより、本発明の複合パイプ１が得られる。
【００２０】
本発明は、繊維強化中空構造体の製造方法、より詳細には、中芯３の外周に中間層２を形成するフィラメントワインディング法に特徴を有している。従来のフィラメントワインディング法は、例えば特開２０００−１０９２７４に掲載されているように、まず、巻回工程において円筒形状のマンドレル上に、樹脂が含浸された強化繊維を巻回して、次いで、硬化工程において、この巻回された強化繊
維に含浸されている樹脂を硬化させている（
【００３４】以下）。
【００２１】
これに対し、本発明によれば、中芯３の外周に熱硬化性樹脂を塗布させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成して繊維強化中空構造体であるパイプ１を製造する。このような製造方法を採用しても、中間層２の厚みは従来品と大差は無く、外径の増加が無い。
【００２２】
本発明の構成をより具体的に述べると、中芯３に熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂を塗布した後、強化繊維であるガラス繊維ロービングをワインダーでＳＺの２層で巻回し、長手方向一方向の樹脂を含浸したガラス繊維を沿わせ絞り成形する。この場合、例えば、フィラメントワインディング層の厚みは０．１〜０．４ｍｍ（製品外径に対し、０．３〜２．５％の厚み）、一方向層の厚みは０．６〜１．８ｍｍ（製品外径に対し、２．５〜８．０％の厚み）程度とするのが好ましい。また、ＳＺでフィラメントワインディングして、さらに熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を縦添えした後、絞り成形することにより、外径を精度良く仕上げることができる。
【００２３】
中芯３への樹脂塗布は、中芯外径＋０．５ｍｍ程度のノズルを備えた樹脂槽を通過させて行なう。中芯への樹脂塗布が少ないと、中芯とフィラメントワインディング層との接着が劣るばかりでなく、巻回したガラスロービングがずれてしまう。また、樹脂が多量に塗布されると、一方向層を積層するまでの工程で樹脂がたれてしまう。
【００２４】
フィラメントワインディングに使用するガラス繊維等の強化繊維は、そのロービングの番手を１００ＴＥＸ〜１５００ＴＥＸとすることが好ましく、特に好ましいのは２５０ＴＥＸ〜１２００ＴＥＸである。番手が小さい方が製品の表面に凹凸が出にくくなり平滑な仕上がりの点で好ましいが、強度面で必要な量を巻回するには巻密度を高く、巻回数を多くしなければならず、生産性が低下する。
【００２５】
また、フィラメントワインディング部のガラスコンテント（Ｇ．Ｃ．）は４０〜５３ｖｏｌ％程度が好ましい。Ｇ．Ｃ．が低すぎると、巻回するロービングの隣同士に隙間ができ、耐圧性能に斑ができてしまう。また、Ｇ．Ｃ．が高すぎると、ＳＺ層のガラスの交点が多くなり、製品表面での凹凸の発生が顕著となってしまう。
【００２６】
強化繊維としては、ロービング、マット、クロス、テープ等の形状のガラスやその他公知の炭素繊維等の強化繊維を使用することができる。その中でもガラスロービングが絶対的な材料コスト、取扱性、補強効果のコストパフォーマンスの点で最も好ましい。
さらに、フィラメントワインディングのフィラメント成分の巻角度は中芯３に対して、６０度以上とすることが好ましい。
またさらに、熱硬化性樹脂には、脱泡剤および／または濡れ改質剤を添加することが好ましい。
【００２７】
本発明においては、第一のフィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回して形成することで、内圧によって中芯３が破壊するのを阻止し、耐圧性能および耐久性を向上させることができ、パイプの曲がりやねじれを防ぐこともできる。また、フィラメントワインディング部の外周に、更に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることで、長手方向の剛性を持たせることができる。さらに、フィラメントワインディング部の外周に、熱硬化性樹脂を付着させ、更にその上に強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることもできる。
【００２８】
特に、本発明においては、巻回する強化繊維に熱硬化性樹脂を付着させないことが好ましい。巻回する強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸しなくても、十分に強化繊維とマトリックスになる熱硬化性樹脂を馴染ませることができ、十分な補強効果が得られる。なお、本発明においては、フィラメントワインディングする強化繊維に樹脂を予め含浸した後、中芯部にフィラメントワインディングしてもよいが、強化繊維を巻回する際に、予め含浸した樹脂が遠心力により飛び散ってしまい生産性が劣る。
【００２９】
以上の製造方法により製造されたパイプ１は灌水管として用いて好適であり、これを灌水管として用いた場合には、吊り子（あるいはブラケット）等を介して所定間隔をおいて支持されるが、中間層２をフィラメントワインディング層と一方向ＦＲＰ層からなるＦＲＰ層とすることにより、同一外径で単重の大きな増加が無く耐圧性能が向上し、直線性に富み、単位長さあたりのたわみ量が極めて少ないために、従来のＰＶＣ製灌水管に比べて支持点間隔を十分に長く取れることになる。また、長期にわたるクリープも生じないことから、交換などを必要とせず、一旦配管した後はメンテナンスフリーとなる。しかも、中間層２と中芯３，被覆層４とは一体に接着しているので、灌水管としての曲げ剛性、機械加工性、接着性、およびシール性が高い。さらに、被覆層４が熱可塑性樹脂製であるため、外径精度が良く、耐久性、耐候性に優れる。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことは勿論である。
【００３１】
＝＝実施例１（ＵＭ２０ＦＷ、樹脂塗布２工程、細番手）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を塗布させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（５７５ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％）で巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。このとき、Ｓ層巻き付け後には再び、外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通してＺ層を巻き付けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）の一方向（ＵＤ）層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆し、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は１１０ｒｐｍとした。巻き角度は８８度である。
【００３２】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、目付け３２６ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。外観上、フィラメントワインディングの波打ちも見られなかった。
【００３３】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１５ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００３４】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、動墳装置を用いて初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（１．７ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数１４０，０００回以上となり、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は１０年以上と耐久性が向上している。
【００３５】
＝＝実施例２（ＵＭ２０ＦＷ、樹脂塗布２工程、１１００ＴＥＸ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を付着させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（１１００ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％）巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。このとき、Ｓ層巻き付け後には再び、外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通してＺ層を巻き付けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は５０ｒｐｍとした。巻き角度は６１度である。
【００３６】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、目付け３２６ｇ／ｍの繊維強化中空構造体（灌水管）を得た。製品表面にはフィラメントワインディングによる波打ちが若干見られた。
【００３７】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読みとったところ、１６ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００３８】
＝＝実施例３（樹脂塗布中芯のみ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．５ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を付着させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（１１００ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％）で巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は５０ｒｐｍとした。巻き角度は６１度である。
【００３９】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、目付け３２０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。製品表面にはフィラメントワインディングによる波打ちが若干見られる。
【００４０】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１５．５ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００４１】
＝＝比較例１（ＵＭ２０（既存品：一方向（ＵＤ）のみ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径２０．０ｍｍ、外径２２．８ｍｍの中芯を押出し、ワインディングすること無く、この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）を４２本積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。以後は実施例１と同様に成形し、外径２５．９ｍｍ、目付け２９０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体（灌水管）を得た。
【００４２】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（協和水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、７．１ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００４３】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（１．４ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数９，２００回で５０％破壊に至り、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は３．３ヶ月となる。
【００４４】
＝＝比較例２（ＦＷ部ドライのまま挿入・ＵＤ成分維持）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１９．４ｍｍ、外径２２．２ｍｍの中芯を押出し、更に、２台のワインダーでガラスロービング（１１００ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量２７．５６ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．１ｖｏｌ％ ）巻き付け、厚み０．３ｍｍ（製品外径に対し１．２％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）４２本を積層し、外径２４．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し３．７％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は２．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は５０ｒｐｍとした。巻き角度は６１度である。
【００４５】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１９．６ｍｍ、外径２５．９ｍｍ、３１０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。
【００４６】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、５ＭＰａであった。フィラメントワインディング層のガラスロービングに予め含浸がされていないため、ＦＲＰ部（ＵＤ成分、フィラメントワインディング成分）にスが発生し、このスを水が端面より走り被覆よりリークしていた。
【００４７】
＝＝比較例３（ＶＰ２０）＝＝
一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ２０）を、長さ５０ｃｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１１．９ＭＰａで母材破壊に至った。
【００４８】
また、一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ２０）を、長さ５０ｃｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、動墳装置を用い、破壊圧力に対して３５％の負荷率（４．２ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数２３，５００回で５０％破壊に至り、１ヶ月の稼動が２，３００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は２年となる。
【００４９】
＝＝実施例４（ＵＭ１３ＦＷ、細番手）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１２．４ｍｍ、外径１４．３ｍｍの中芯を押出し、この外径＋０．４ｍｍのノズルを備えた樹脂槽を通して、中芯上に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を付着させた。更に、２台のワインダーでガラスロービング（５７５ＴＥＸ）をＳ方向及びＺ方向の二方向から各６本（計１２本、巻き付けガラス重量１４．８８ｇ／ｍ、Ｇ．Ｃ．５１．３ｖｏｌ％）巻き付け、厚み０．２５ｍｍ（製品外径に対し１．４％の厚み）のフィラメントワインディング層を設けた。この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）２６本を積層し、外径１６．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し５．３％の厚み）のＵＤ層を設けた。クロスヘッドダイスを通し、０．６ｍｍ厚みの被覆（ＡＢＳ樹脂）を押出し被覆、１００゜Ｃの熱湯で硬化した。速度は１．０ｍ／ｍｉｎ、ワインダーの回転数は４２ｒｐｍとした。巻き角度は６２度である。
【００５０】
以上のような方法で、ＡＢＳ樹脂（被覆層）／ＦＲＰ／ＡＢＳ樹脂（中芯）の三層構造よりなり、内径１２．４ｍｍ、外径１７．９ｍｍ、目付け１８７ｇ／ｍの繊維強化中空構造体を得た。外観上、フィラメントワインディングの波打ちも見られなかった。
【００５１】
得られた繊維強化中空構造体を長さ５０ｃｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１４〜２０ＭＰａの範囲で、端末部材の破壊や抜けの発生が殆どで、２サンプルのみ（ｎ＝１０）２０ＭＰａで母材破壊に至った。
【００５２】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（２．１ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数１４０，０００回以上となり、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は１０年以上と耐久性が向上している。
【００５３】
＝＝比較例４（ＵＭ１３既存品：小口径ＵＤのみ）＝＝
ＡＢＳ樹脂よりなり、内径１３．０ｍｍ、外径１４．８ｍｍの中芯を押出し、ワインディングすること無く、この上に樹脂を含浸した一方向ガラス繊維（２２００ＴＥＸ）２６本を積層し、外径１６．７ｍｍに絞りダイスで絞り成形し、厚さ０．９５ｍｍ（製品外径に対し５．３％の厚み）のＵＤ層を設けた。以後は実施例３と同様に成形し、外径１７．９ｍｍ、目付け１７０ｇ／ｍの繊維強化中空構造体（灌水管）を得た。実施例３と同様にして耐水圧性能を測定したところ、破壊水圧は８．９ＭＰａで、母材破壊に至った。
【００５４】
また、得られた繊維強化中空構造体を長さ１ｍに切断し、耐衝撃塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、初期破壊圧力に対して３５％の負荷率（２．０ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数１６，７００回で５０％破壊となり、１ヶ月の稼動が２，８００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は１年１ヶ月となる。
【００５５】
＝＝比較例５（ＶＰ１３）＝＝
一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ１３）を、長さ５０ｃｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、手動で水圧を上げ破壊試験（キョウワ水圧テスター、Ｔ−３００Ｎを使用）を行った。破壊時の水圧を読み取ったところ、１４．７ＭＰａで母材破壊に至った。
【００５６】
また、一般に市販されている硬質塩ビ管（ＶＰ１３）を、長さ１ｍに切断し、塩ビ用接着剤にて塩ビ管用キャップ、バルブソケットを接着接続した後、動墳装置を用い、破壊圧力に対して３５％の負荷率（５．１ＭＰａ）で１分載荷、２０秒休止の内圧繰返し疲労試験を実施したところ、繰返し回数２３，５００回で５０％破壊に至り、１ヶ月の稼動が２，３００回、年５ヶ月稼動と仮定すると、耐久年数は２年となる。
【００５７】
本発明の効果を表１に示す。
【表１】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による繊維強化中空構造体の製造方法にあっては、耐久性に優れ、軽量で、剛性、強度が高く、耐水圧性能を改良することができる繊維強化中空構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法によって得られる繊維強化中空構造体の断面図である。
【符号の説明】
１ パイプ
２ 中間層
３ 中芯
４ 被覆層
Claims (6)
- 熱可塑性樹脂よりなる中芯と、この中芯の外周に配置された繊維強化熱硬化性樹脂層と、この繊維強化熱硬化性樹脂層の外周に配置された熱可塑性樹脂被覆層の３層構造より成り、
前記繊維強化熱硬化性樹脂層が、前記中芯の外周に熱硬化性樹脂を付着させた後、その上に強化繊維を一定のワインディング方向で巻回してフィラメントワインディング部を形成することを特徴とする繊維強化中空構造体の製造方法。 - 前記フィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回して形成することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化中空構造体の製造方法。
- 前記フィラメントワインディング部の外周に、更に熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化中空構造体の製造方法。
- 前記フィラメントワインディング部の外周に、強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化中空構造体の製造方法。
- 前記フィラメントワインディング部の外周に、熱硬化性樹脂を付着させ、更にその上に前記強化繊維を前記ワインディング方向とは逆方向で巻回した後、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を長手方向に縦添えすることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化中空構造体の製造方法。
- ワインド部の強化繊維には熱硬化性樹脂を付着させないで巻回することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化中空構造体。
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