JP2019074211A - Multiple tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複合管に関する。 The present invention relates to a composite pipe.
従来より、水道管などに用いられる複合管として、種々のものが提案されており、例えば、特許文献１には、複数のＦＲＰ層を積層した複合管が提案されている。このようなＦＲＰ層には、複合管の周方向に延びるガラス繊維等の強化繊維が配置されているため、例えば、複合管の内面から周方向に作用する荷重に対しては、十分な強度を示している。 Conventionally, various things are proposed as a compound pipe used for a water pipe etc. For example, the compound pipe which laminated | stacked several FRP layers is proposed by patent document 1, for example. In such an FRP layer, reinforcing fibers such as glass fibers extending in the circumferential direction of the composite tube are disposed, so for example, sufficient strength is given to a load acting in the circumferential direction from the inner surface of the composite tube. It shows.
上記のような複合管は、地中に埋設されることが多いが、例えば、外周面に異物が接触し、複合管の外周面から径方向に押圧する荷重が作用すると、複合管には曲げ変形が生じることがある。しかしながら、従来の複合管は、このような曲げ変形に対する強度が十分ではなかった。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、外周面からの荷重に対する曲げ強度を向上することができる、複合管を提供することを目的する。 The composite tube as described above is often buried in the ground, but when, for example, a foreign material comes in contact with the outer peripheral surface and a load is applied to radially press the outer peripheral surface of the composite tube, the composite tube is bent Deformation may occur. However, conventional composite tubes do not have sufficient strength against such bending deformation. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a composite pipe which can improve the bending strength to the load from the outer peripheral surface.
本発明に係る複合管は、円筒状の芯材と、前記芯材の径方向外方に配置され、軸方向に延びる強化繊維を含有する第１外側ＦＲＰ層と、前記第１外側ＦＲＰ層の径方向外方に配置され、周方向に延びる強化繊維を含有する第２外側ＦＲＰ層と、前記芯材の径方向内方に配置され、軸方向に延びる強化繊維を含有する第１内側ＦＲＰ層と、前記第１内側ＦＲＰ層の径方向内方に配置され、周方向に延びる強化繊維を含有する第２内側ＦＲＰ層と、前記第２内側ＦＲＰ層の径方向内方に配置され、少なくとも軸方向に延びる強化繊維を含有する第３内側ＦＲＰ層と、を備えている。 The composite pipe according to the present invention comprises a cylindrical core member, a first outer FRP layer which is disposed radially outward of the core member and which includes axially extending reinforcing fibers, and a first outer FRP layer. A second outer FRP layer disposed radially outward and containing circumferentially extending reinforcing fibers, and a first inner FRP layer disposed radially inward of the core and containing axially extending reinforcing fibers And a second inner FRP layer disposed radially inward of the first inner FRP layer and containing reinforcing fibers extending in the circumferential direction, and radially inward of the second inner FRP layer, at least the shaft And a third inner FRP layer containing reinforcing fibers extending in the direction.
上記複合管においては、前記第３内側ＦＲＰ層の径方向内方に配置される内面保護層をさらに備えることができる。 The composite pipe may further include an inner surface protective layer disposed radially inward of the third inner FRP layer.
上記各複合管においては、前記第２外側ＦＲＰ層の径方向外方に配置される外面保護層をさらに備えることができる。 Each of the composite pipes may further include an outer surface protective layer disposed radially outward of the second outer FRP layer.
上記各複合管において、前記第３内側ＦＲＰ層の強化繊維の少なくとも一部は、当該複合管の内壁面から径方向内方に１ｍｍ以内に位置に配置することができる。 In each of the composite tubes, at least a part of the reinforcing fibers of the third inner FRP layer can be disposed at a position within 1 mm radially inward from the inner wall surface of the composite tube.
上記各複合管において、前記第３内側ＦＲＰ層は、主として軸方向の延びる強化繊維のみを含有することができる。 In each of the above composite tubes, the third inner FRP layer may contain only mainly axially extending reinforcing fibers.
上記各複合管において、前記第３内側ＦＲＰ層は、軸方向の延びる強化繊維と周方向に延びる強化繊維を含有することができる。 In each of the above composite tubes, the third inner FRP layer can contain axially extending reinforcing fibers and circumferentially extending reinforcing fibers.
上記複合管において、前記軸方向に延びる強化繊維の周方向の単位長さ当たりの本数は、前記周方向に延びる強化繊維の軸方向の単位長さ当たりの本数よりも少ないように構成することができる。 In the composite pipe, the number per unit length in the circumferential direction of the reinforcing fibers extending in the axial direction may be configured to be smaller than the number per unit length in the axial direction of the reinforcing fibers extending in the circumferential direction. it can.
上記各複合管において、前記軸方向に延びる強化繊維は、周方向に１０ｃｍ当たり、１０〜１００本程度配置することができる。 In each of the composite tubes, about 10 to 100 reinforcing fibers extending in the axial direction can be disposed per 10 cm in the circumferential direction.
上記各複合管において、前記第３内側ＦＲＰ層の強化繊維は、前記軸方向に所定の長さで延びる複数の強化繊維を周方向に並べた織布を、軸方向に一部を重ねながら螺旋状に巻き付けることで構成することができる。 In each of the composite tubes, the reinforcing fibers of the third inner FRP layer are spirals while partially overlapping in the axial direction a woven fabric in which a plurality of reinforcing fibers extending in a predetermined length in the axial direction are arranged in the circumferential direction It can be configured by winding in the shape of a circle.
上記複合管において、前記芯材は、レジンモルタルを含有することができる。 In the above composite pipe, the core material can contain a resin mortar.
上記複合管においては、前記第２外側ＦＲＰ層の径方向外方に配置され、少なくとも軸方向に延びる強化繊維を含有する第３外側ＦＲＰ層を、さらに備えることができる。 The composite pipe may further include a third outer FRP layer disposed radially outward of the second outer FRP layer and containing at least axially extending reinforcing fibers.
本発明に係る複合管によれば、外周面からの荷重に対する曲げ強度を向上することができる。 According to the composite pipe of the present invention, the bending strength to the load from the outer peripheral surface can be improved.
以下、本発明に係る複合管の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この複合管は、例えば、上下水道管、農業用水管、工業用水管などの各種の用途に用いることができるものである。 Hereinafter, an embodiment of a composite pipe according to the present invention will be described with reference to the drawings. This composite pipe can be used for various applications such as water and sewage pipes, agricultural water pipes, and industrial water pipes, for example.
＜１．複合管の概要＞
図１は、本実施形態に係る複合管の斜視図であり、図２は図１の複合管の内部の層構成を示す拡大斜視図である。但し、図２においては、強化繊維が含浸される樹脂を省略して示している。図１及び図２に示すように、この複合管は、円筒状に形成され、径方向の外方から内方に向けて以下の複数の層で構成されている。
・外面保護層１
・第２外側ＦＲＰ層２
・第１外側ＦＲＰ層３
・芯材４
・第１内側ＦＲＰ層５
・第２内側ＦＲＰ層６
・第３内側ＦＲＰ層７
・内面保護層８
<1. Outline of composite pipe>
FIG. 1 is a perspective view of a composite pipe according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a layer configuration inside the composite pipe of FIG. However, in FIG. 2, the resin impregnated with the reinforcing fiber is omitted. As shown in FIGS. 1 and 2, this composite tube is formed in a cylindrical shape, and is configured by the following plurality of layers from the radially outer side to the inner side.
・ External protection layer 1
Second outer FRP layer 2
・ First outer FRP layer 3
・ Core 4
・ First inner FRP layer 5
・ Second inner FRP layer 6
・ Third inner FRP layer 7
· Inner protective layer 8
上記の層を有する複合管の厚みは、呼び径によっても相違するため、特には限定されないが、例えば、７〜６０ｍｍとすることができ、呼び径の１〜５％とすることができる。以下、これら各層について、詳細に説明する。 The thickness of the composite tube having the above layer is not particularly limited because it is different depending on the nominal diameter, but can be, for example, 7 to 60 mm, and can be 1 to 5% of the nominal diameter. Each of these layers will be described in detail below.
＜１−１．芯材＞
芯材４は、円筒状のレジンモルタルによって構成されている。レジンモルタルは、特には限定されないが、例えば、不飽和ポリエステル樹脂に、硅砂、炭酸カルシウム、及びガラス繊維のチョップドストランドを添加することで形成することができる。芯材の厚みは、特には限定されないが、例えば、２〜５５ｍｍとすることができ、また複合管の厚みの３０〜９０％とすることができる。芯材は、その他の材料で形成することもでき、例えば、コンクリートやモルタルにより形成することができる。
<1-1. Core material>
The core 4 is made of a cylindrical resin mortar. The resin mortar is not particularly limited, but can be formed, for example, by adding chopped strands of borax, calcium carbonate, and glass fibers to an unsaturated polyester resin. The thickness of the core material is not particularly limited, but can be, for example, 2 to 55 mm, and can be 30 to 90% of the thickness of the composite tube. The core material can also be formed of other materials, for example, concrete or mortar.
＜１−２．第１外側ＦＲＰ層＞
第１外側ＦＲＰ層３は、芯材の外周面に配置される層であり、強化繊維が含有された熱硬化性樹脂により構成される。この第１外側ＦＲＰ層３内では、軸方向に延びる複数の強化繊維が周方向に並べられている。強化繊維としては、特には限定されないが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維等の有機繊維を用いることができ、これらの材料で形成された単繊維を撚り合わせたもの（ロービング）とすることができる。各強化繊維の太さは、例えば、４０〜５０００ｔｅｘとすることができる。
<1-2. First outer FRP layer>
The first outer FRP layer 3 is a layer disposed on the outer peripheral surface of the core material, and is made of a thermosetting resin containing reinforcing fibers. In the first outer FRP layer 3, a plurality of reinforcing fibers extending in the axial direction are arranged in the circumferential direction. The reinforcing fiber is not particularly limited, but for example, inorganic fiber such as glass fiber and carbon fiber, or organic fiber such as aramid fiber and polyethylene terephthalate fiber can be used, and a single fiber formed of these materials can be used. It can be twisted (roving). The thickness of each reinforcing fiber can be, for example, 40 to 5000 tex.
また、これら強化繊維は、強度を高めるために、周方向の１０ｃｍ当たり、１０本以上であることが好ましい。一方、コストの観点から１００本以下であることが好ましい。したがって、強化繊維の数は、周方向の１０ｃｍ当たり、１０〜１００本配置することが好ましく、２０〜８０本であることがより好ましい。なお、強化繊維は、芯材４の軸方向に連続していなくもてよく、所定長さの複数の強化繊維を軸方向に沿って並べることもできる。このとき、軸方向に隣接する強化繊維同士の一部が軸方向に重なっていてもよい。また、強化繊維は、複合管の厚み方向に複数層設けることもできる。 Further, in order to increase the strength, it is preferable that the number of the reinforcing fibers be 10 or more per 10 cm in the circumferential direction. On the other hand, the number is preferably 100 or less from the viewpoint of cost. Accordingly, the number of reinforcing fibers is preferably 10 to 100 per 10 cm in the circumferential direction, and more preferably 20 to 80. The reinforcing fibers do not have to be continuous in the axial direction of the core material 4, and a plurality of reinforcing fibers of a predetermined length can be arranged along the axial direction. At this time, a part of the reinforcing fibers axially adjacent to each other may overlap in the axial direction. Further, a plurality of reinforcing fibers can be provided in the thickness direction of the composite tube.
熱硬化性樹脂は、特には限定されないが、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂を用いることができ、これに、公知の硬化剤や硬化促進剤を添加することができる。なお、ここで説明した強化繊維及び熱硬化性樹脂を構成する材料は、後述する第２外側ＦＲＰ層２、第１〜第３内側ＦＲＰ層５〜７においても、同様に用いることができため、説明を省略する。 Although a thermosetting resin in particular is not limited, For example, unsaturated polyester resin and an epoxy resin can be used, and a well-known hardening agent and a hardening accelerator can be added to this. In addition, since the material which comprises the reinforced fiber and thermosetting resin demonstrated here can be similarly used also in the 2nd outer side FRP layer 2 mentioned later and the 1st-3rd inner side FRP layers 5-7, I omit explanation.
＜１−３．第２外側ＦＲＰ層＞
第２外側ＦＲＰ層２は、第１外側ＦＲＰ層３の外周面に配置される層であり、第１外側ＦＲＰ層３と同様に、強化繊維が含有された熱硬化性樹脂により構成される。但し、この第２外側ＦＲＰ層２内では、周方向に延びる複数の強化繊維が軸方向に並べられている。あるいは、周方向に延びる複数の強化繊維を、芯材の周囲にらせん状に巻き付けることもできる。また、強化繊維は、軸方向の１０ｃｍ当たり、例えば、２０〜４００本配置することができる。特に、複合管は管内からの内圧により周方向に受ける力が、軸方向に受ける力よりも大きいため、上述した第１外側ＦＲＰ層３よりも強化繊維の密度を大きくしている。なお、複数の強化繊維は、複合管の厚み方向に複数層設けることもできる。
<1-3. Second outer FRP layer>
The second outer FRP layer 2 is a layer disposed on the outer peripheral surface of the first outer FRP layer 3 and, like the first outer FRP layer 3, is made of a thermosetting resin containing reinforcing fibers. However, in the second outer FRP layer 2, a plurality of reinforcing fibers extending in the circumferential direction are arranged in the axial direction. Alternatively, a plurality of circumferentially extending reinforcing fibers may be helically wound around the core material. Further, for example, 20 to 400 reinforcing fibers can be arranged per 10 cm in the axial direction. In particular, in the composite pipe, since the force received in the circumferential direction by the internal pressure from the pipe is larger than the force received in the axial direction, the density of reinforcing fibers is made larger than that of the first outer FRP layer 3 described above. A plurality of reinforcing fibers may be provided in a plurality of layers in the thickness direction of the composite pipe.
＜１−４．外面保護層＞
外面保護層１は、第２外側ＦＲＰ層２の外周面に配置される層であり、複合管の最外層を構成している。外面保護層１は、表面が平滑なシート材であるのが好ましく、シート材であれば特には限定されないが、例えば、ガラスペーパー、ガラス繊維（後述するガラススダレ）、ガラスクロス、ガラス繊維等の無機不織布あるいはポリエステル繊維等の有機不織布の表面に熱硬化性樹脂、ポリオレフィン、塩化ビニル樹脂または塩化ビニリデン樹脂を被覆もしくは含浸したものを用いることができる。このような外面保護層１を設けることで、第２外側ＦＲＰ層２を保護することができる。あるいは、外面保護層１は、シート材を含まず上述した樹脂が硬化したものでもよい。特に、第２外側ＦＲＰ層２の表面は強化繊維によって凹凸が生じることがあるため、複合管の表面を平滑にするという役割もある。なお、シート材は硬化前の樹脂を定着させるものであればよく、発泡体などでもよい。
<1-4. Outer protective layer>
The outer surface protective layer 1 is a layer disposed on the outer peripheral surface of the second outer FRP layer 2 and constitutes the outermost layer of the composite pipe. The outer surface protective layer 1 is preferably a sheet material having a smooth surface, and is not particularly limited as long as it is a sheet material, for example, glass paper, glass fiber (glass sludge as described later), glass cloth, glass fiber, etc. An inorganic non-woven fabric or an organic non-woven fabric such as polyester fiber coated or impregnated with a thermosetting resin, polyolefin, vinyl chloride resin or vinylidene chloride resin can be used. By providing such an outer surface protective layer 1, the second outer FRP layer 2 can be protected. Alternatively, the outer surface protective layer 1 may be one obtained by curing the above-described resin without including the sheet material. In particular, since the surface of the second outer FRP layer 2 may be uneven due to reinforcing fibers, it also plays a role of smoothing the surface of the composite tube. The sheet material may be any material that fixes the resin before curing, and may be a foam or the like.
＜１−５．第１内側ＦＲＰ層＞
第１内側ＦＲＰ層５は、芯材の内周面に配置される層であり、第１外側ＦＲＰ層３と概ね同様の構成を有している。すなわち、軸方向に延びる複数の強化繊維が含有された熱硬化性樹脂により構成される。
<1-5. First inner FRP layer>
The first inner FRP layer 5 is a layer disposed on the inner peripheral surface of the core material, and has substantially the same configuration as the first outer FRP layer 3. That is, it is made of a thermosetting resin containing a plurality of reinforcing fibers extending in the axial direction.
＜１−６．第２内側ＦＲＰ層＞
第２内側ＦＲＰ層６は、第１内側ＦＲＰ層５の内周面に配置されたものであり、第２外側ＦＲＰ層２と概ね同様の構成を有している。すなわち、周方向に延びる複数の強化繊維が含有された熱硬化性樹脂により構成される。
<1-6. Second inner FRP layer>
The second inner FRP layer 6 is disposed on the inner peripheral surface of the first inner FRP layer 5 and has substantially the same configuration as the second outer FRP layer 2. That is, it is made of a thermosetting resin containing a plurality of reinforcing fibers extending in the circumferential direction.
＜１−７．第３内側ＦＲＰ層＞
第３内側ＦＲＰ層７は、第２内側ＦＲＰ層６の内周面に配置される層であり、第１内側ＦＲＰ層５と概ね同様の構成を有している。すなわち、軸方向に延びる複数の強化繊維が含有された熱硬化性樹脂により構成される。なお、第３内側ＦＲＰ層７の強化繊維は、次に説明する内面保護層８の厚みにもよるが、複合管の最内面から径方向内方に、１．０ｍｍ以内に配置されることが好ましく、０．５ｍｍ以内に配置されることがより好ましく、０．０５ｍｍ以内に配置されることがさらに好ましい。
<1-7. Third inner FRP layer>
The third inner FRP layer 7 is a layer disposed on the inner peripheral surface of the second inner FRP layer 6, and has substantially the same configuration as the first inner FRP layer 5. That is, it is made of a thermosetting resin containing a plurality of reinforcing fibers extending in the axial direction. The reinforcing fibers of the third inner FRP layer 7 may be disposed within 1.0 mm radially inward from the innermost surface of the composite pipe, although it depends on the thickness of the inner surface protective layer 8 described below. It is preferable to arrange within 0.5 mm, and more preferable to arrange within 0.05 mm.
＜１−８．内面保護層＞
内面保護層８は、第３内側ＦＲＰ層７の外周面に配置されたものであり、上述した外面保護層１と概ね同様の構成を有している。
<1-8. Inner protective layer>
The inner surface protective layer 8 is disposed on the outer peripheral surface of the third inner FRP layer 7 and has substantially the same configuration as the outer surface protective layer 1 described above.
＜２．複合管の製造方法＞
上記のように構成された複合管は、種々の方法で製造することができるが、例えば、以下のように製造することができる。まず、以下の材料を準備する。
<2. Method of manufacturing composite pipe>
The composite tube configured as described above can be manufactured by various methods, but can be manufactured, for example, as follows. First, prepare the following materials.
(1) 内面保護層８用及び外面保護層用１のシート材を準備する。このシート材は、内面保護層８及び外面保護層１を構成する材料により、帯状に形成されている。 (1) Prepare sheet materials 1 for the inner surface protective layer 8 and the outer surface protective layer. The sheet material is formed in a band shape by the materials constituting the inner surface protective layer 8 and the outer surface protective layer 1.
(2) 第１外側ＦＲＰ層３の強化繊維を構成する織布５０を準備する。この織布は、図３に示すように、例えば、８０〜４００ｍｍ幅程度の強化繊維５１を平行に並べ、隣接する強化繊維同士をビニロン糸、ポリエステル糸、またはガラス繊維等で形成された糸５２で連結したものであり、全体として帯状に形成されている（以下、これをガラススダレということがある）。この織布５０において強化繊維５１の延びる方向は、複合管の軸方向に対応している。なお、この織布は、第１内側ＦＲＰ層５、第３内側ＦＲＰ層７にも用いられる。 (2) Prepare a woven fabric 50 constituting reinforcing fibers of the first outer FRP layer 3. In this woven fabric, as shown in FIG. 3, reinforcing fibers 51 having a width of about 80 to 400 mm, for example, are arranged in parallel, and adjacent reinforcing fibers are yarns 52 formed of vinylon yarns, polyester yarns, glass fibers, etc. And are formed in a band shape as a whole (hereinafter, this may be referred to as glass sag). The extending direction of the reinforcing fibers 51 in the woven fabric 50 corresponds to the axial direction of the composite tube. This woven fabric is also used for the first inner FRP layer 5 and the third inner FRP layer 7.
(3) 第２外側ＦＲＰ層２用の繊維材６０を準備する。図４に示すように、この繊維材６０は、複数のロールに巻き取られた強化繊維６１を繰り出しながら、例えば、８０〜２４０ｍｍ幅に並べた帯状に形成されたものである。この繊維材６０において、強化繊維６１の延びる方向は、複合管の周方向に対応している。なお、この繊維材６０は、第２内側ＦＲＰ層６にも用いられる。 (3) A fiber material 60 for the second outer FRP layer 2 is prepared. As shown in FIG. 4, the fiber material 60 is formed in, for example, a band shape arranged in a width of 80 to 240 mm while the reinforcing fiber 61 wound around a plurality of rolls is drawn out. In the fiber material 60, the extending direction of the reinforcing fibers 61 corresponds to the circumferential direction of the composite pipe. The fiber material 60 is also used for the second inner FRP layer 6.
(4) 芯材４を形成する材料は、上述したレジンモルタルである。 (4) The material which forms the core material 4 is the resin mortar mentioned above.
次に、上記材料を用いて、複合管を製造する。まず、円筒状の型を準備し、これを軸方向に回転させつつ、軸方向に移動させる。そして、この型の表面に、内面保護層用のシート材を巻き付ける。このとき、型が軸方向に移動しているため、帯状のシート材は、軸方向の端部を重ねつつ、らせん状に巻き付けられながら、表面に未硬化の熱硬化性樹脂組成物を供給する。こうして、内面保護層８が形成される。次に、内面保護層８上に、第３内側ＦＲＰ層７用の織布５０をらせん状に巻き付けながら、この織布５０の表面に未硬化の熱硬化性樹脂組成物を供給する。そして、織布５０の表面をならしローラで押圧することで、熱硬化性樹脂組成物を強化繊維５１に含浸させる。このとき、帯状の織布５０は、軸方向の端部を重ねつつ、らせん状に巻き付けられる。こうして、樹脂が未硬化であるが、第３内側ＦＲＰ層７が形成される。 The above materials are then used to make composite tubes. First, a cylindrical mold is prepared, and is axially moved while being axially rotated. Then, a sheet material for the inner surface protective layer is wound around the surface of this mold. At this time, since the mold is moved in the axial direction, the band-like sheet material supplies an uncured thermosetting resin composition to the surface while being spirally wound while overlapping axial end portions. . Thus, the inner surface protective layer 8 is formed. Next, an uncured thermosetting resin composition is supplied to the surface of the woven fabric 50 while the woven fabric 50 for the third inner FRP layer 7 is spirally wound on the inner surface protective layer 8. Then, the thermosetting resin composition is impregnated into the reinforcing fiber 51 by pressing the surface of the woven fabric 50 with a smoothing roller. At this time, the band-like woven fabric 50 is spirally wound while overlapping the axial end portions. Thus, although the resin is uncured, the third inner FRP layer 7 is formed.
そして、この第３内側ＦＲＰ層７上に、熱硬化性樹脂組成物に含浸された繊維材６０をらせん状に巻き付けていく。このとき、帯状の繊維材６０は、軸方向の端部を重ねつつ、らせん状に巻き付けられる。こうして、樹脂が未硬化であるが、第２内側ＦＲＰ層６が形成される。 The fiber material 60 impregnated with the thermosetting resin composition is spirally wound on the third inner FRP layer 7. At this time, the belt-like fiber material 60 is spirally wound while overlapping the axial end portions. Thus, although the resin is uncured, the second inner FRP layer 6 is formed.
続いて、第２内側ＦＲＰ層６上に、第１内側ＦＲＰ層５を形成する。第１内側ＦＲＰ層５は、第３内側ＦＲＰ層７と同様に形成される。これに続いて、第１内側ＦＲＰ層５上にレジンモルタルを供給し、芯材４を形成する。次に、芯材４上に第１外側ＦＲＰ層３、第２外側ＦＲＰ層２、及び外面保護層１を順に形成する。第１外側ＦＲＰ層３、第２外側ＦＲＰ層２、及び外面保護層１の形成方法は、それぞれ、第１内側ＦＲＰ層５、第２内側ＦＲＰ層６、及び内面保護層８と同じである。こうして、樹脂が未硬化の複合管が形成される。 Subsequently, the first inner FRP layer 5 is formed on the second inner FRP layer 6. The first inner FRP layer 5 is formed in the same manner as the third inner FRP layer 7. Subsequently, a resin mortar is supplied onto the first inner FRP layer 5 to form a core 4. Next, the first outer FRP layer 3, the second outer FRP layer 2, and the outer surface protective layer 1 are sequentially formed on the core material 4. The method of forming the first outer FRP layer 3, the second outer FRP layer 2, and the outer surface protective layer 1 is the same as the first inner FRP layer 5, the second inner FRP layer 6, and the inner surface protective layer 8, respectively. Thus, a composite tube in which the resin is not cured is formed.
そして、この複合管を硬化炉内に移動して、未硬化の樹脂を硬化させる。こうして、本実施形態に係る複合管が完成する。このように複合管は、軸方向に移動する型の外周面に、各層を順に巻き付けていくことで、軸方向に連続的に形成されていく。そのため、用途に合わせて所望の長さで切断する。 Then, the composite tube is moved into a curing furnace to cure the uncured resin. Thus, the composite pipe according to the present embodiment is completed. As described above, the composite pipe is continuously formed in the axial direction by winding each layer in order on the outer peripheral surface of the mold moving in the axial direction. Therefore, it cut | disconnects by desired length according to a use.
＜３．特徴＞
例えば、図５に示すように、複合管の外周面に異物７０による荷重が加わった場合、複合管には曲げ変形が生じる。これにより、複合管の内面には軸方向の引張ひずみが生じ、複合管の外面には軸方向の圧縮ひずみが生じる。このような荷重が作用すると、複合管が破損し、漏水が生じるおそれがある。
<3. Feature>
For example, as shown in FIG. 5, when a load due to the foreign matter 70 is applied to the outer peripheral surface of the composite pipe, bending deformation occurs in the composite pipe. This causes an axial tensile strain on the inner surface of the composite tube and an axial compressive strain on the outer surface of the composite tube. If such a load is applied, the composite pipe may be broken and water leakage may occur.
このような荷重が作用すると、図６に示すように、最内層に近づく程、引張ひずみが大きくなる。これに対して、本実施形態に係る複合管では、最内層に近い部分、つまり、図６に示す中立軸から遠く、変形が大きい部分に、第３内側ＦＲＰ層７を設け、この層内に、軸方向に延びる強化繊維５１を設けているため、複合管の内面に生じる引張ひずみを抑制することができる。その結果、複合管の外周面からの荷重による破損を防止でき、ひいては漏水を防止することができる。このような効果を示す曲げ強度としては、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７０７１に基づく三点曲げ試験での曲げ強度が、９０ＭＰａ以上であることが好ましく、１００ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、１２０ＭＰａ以上であることが特に好ましい。曲げ強度の上限は特には設定されないが、コストの観点から５００ＭＰａ以下であることが好ましい。 When such a load acts, as shown in FIG. 6, the tensile strain increases as the innermost layer is approached. On the other hand, in the composite pipe according to the present embodiment, the third inner FRP layer 7 is provided in a portion near the innermost layer, that is, a portion far from the neutral axis shown in FIG. Since the reinforcing fibers 51 extending in the axial direction are provided, it is possible to suppress the tensile strain generated on the inner surface of the composite pipe. As a result, it is possible to prevent damage due to a load from the outer peripheral surface of the composite pipe, and thus to prevent water leakage. As a bending strength exhibiting such an effect, for example, the bending strength in a three-point bending test based on JIS K 7071 is preferably 90 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and 120 MPa or more. Is particularly preferred. The upper limit of the bending strength is not particularly set, but is preferably 500 MPa or less from the viewpoint of cost.
＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は、適宜組み合わせ可能である。
<4. Modified example>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible unless it deviates from the meaning. The following modifications can be combined as appropriate.
＜４−１＞
上記実施形態では、内面保護層８及び外面保護層１を設けているが、これらは必ずしも必要ではなく、いずれか一方、あるいは両方を設けなくてもよい。したがって、本発明に係る複合管は、少なくとも、芯材４、第１外側ＦＲＰ層３、第２外側ＦＲＰ層２、第１内側ＦＲＰ層５、第２内側ＦＲＰ層６、及び第３内側ＦＲＰ層７を有していればよい。また、これら以外の層を設けることも可能であり、例えば、各層の間に適宜、強化層、保護層などを設けることもできる。
<4-1>
In the said embodiment, although the inner surface protective layer 8 and the outer surface protective layer 1 are provided, these are not necessarily required and it is not necessary to provide any one or both. Therefore, the composite tube according to the present invention comprises at least the core 4, the first outer FRP layer 3, the second outer FRP layer 2, the first inner FRP layer 5, the second inner FRP layer 6, and the third inner FRP layer It is sufficient to have seven. Moreover, it is also possible to provide layers other than these, for example, can also provide a reinforcement layer, a protective layer, etc. suitably between each layer.
具体的には、例えば、径方向外方から内方へ向けて、外面保護層、ＦＲＰ層（周方向強化繊維含有）、ＦＲＰ層（軸方向強化繊維含有）、ＦＲＰ層（周方向強化繊維含有）、芯材、ＦＲＰ層（周方向強化繊維含有）、ＦＲＰ層（軸方向強化繊維含有）、ＦＲＰ層（周方向強化繊維含有）、ＦＲＰ層（軸方向強化繊維含有）、内面保護層、を有する複合管とすることもできる。さらに、複合管の最外層に、ガラスクロスを設けることができる。また、第３内側ＦＲＰ層７に含まれる強化繊維を厚み方向に複数層（例えば、２層あるいは２重巻き）設けてもよい。 Specifically, for example, the outer surface protection layer, the FRP layer (including circumferential reinforcing fibers), the FRP layer (including axial reinforcing fibers), and the FRP layer (including circumferential reinforcing fibers) from radially outward to inward, for example. Core material, FRP layer (containing circumferential reinforcing fibers), FRP layer (containing axial reinforcing fibers), FRP layer (containing circumferential reinforcing fibers), FRP layer (containing axial reinforcing fibers), inner protective layer, It can also be a composite tube. Furthermore, a glass cloth can be provided on the outermost layer of the composite tube. Further, a plurality of layers (for example, two layers or double windings) of reinforcing fibers included in the third inner FRP layer 7 may be provided in the thickness direction.
＜４−２＞
上記実施形態において、第１外側ＦＲＰ層３、第１内側ＦＲＰ層５、及び第３内側ＦＲＰ層７の強化繊維は軸方向に延びているが、強化繊維の数、配置方法は各層で異なるものとすることができる。同様に、第２外側ＦＲＰ層２、及び第２内側ＦＲＰ層６の強化繊維は周方向に延びているが、強化繊維の数、配置方法は各層で異なるものとすることができる。また、各層の強化繊維及び熱硬化性樹脂の材料を、異なるものとすることもできる。
<4-2>
In the above embodiment, the reinforcing fibers of the first outer FRP layer 3, the first inner FRP layer 5, and the third inner FRP layer 7 extend in the axial direction, but the number of reinforcing fibers and the arrangement method differ in each layer It can be done. Similarly, although the reinforcing fibers of the second outer FRP layer 2 and the second inner FRP layer 6 extend in the circumferential direction, the number of reinforcing fibers and the arrangement method can be different in each layer. Also, the materials of the reinforcing fiber and the thermosetting resin of each layer may be different.
＜４−３＞
上記実施形態では、軸方向に延びる強化繊維の数を、周方向に延びる強化繊維の数よりも少なくしているが、同じ、あるいは多くすることもできる。
<4-3>
In the above embodiment, the number of axially extending reinforcing fibers is smaller than the number of circumferentially extending reinforcing fibers, but may be the same or more.
＜４−４＞
上記実施形態では、第３内側ＦＲＰ層７に、軸方向に延びる強化繊維を設けているが、これに限定されない。例えば、軸方向に延びる強化繊維と周方向に延びる強化繊維とを含むガラスクロス等の織布を、強化繊維として第３内側ＦＲＰ層７内に配置することができる。
<4-4>
In the said embodiment, although the reinforcing fiber extended to an axial direction is provided in the 3rd inner FRP layer 7, it is not limited to this. For example, a woven fabric such as a glass cloth including axially extending reinforcing fibers and circumferentially extending reinforcing fibers can be disposed in the third inner FRP layer 7 as reinforcing fibers.
＜４−５＞
上記実施形態では、芯材の径方向外方に２層のＦＲＰ層２，３を設けているが、芯材４の径方向内方と同様に、３層のＦＲＰ層を設けることができる。すなわち、図７に示すように、上記第２外側ＦＲＰ層２と外面保護層１との間に、第３外側ＦＲＰ層９を配置することができる。この第３外側ＦＲＰ層９は、第３内側ＦＲＰ層７と同様の構成を有している。
<4-5>
In the above embodiment, the two FRP layers 2 and 3 are provided radially outward of the core material, but three FRP layers can be provided in the same manner as the radially inner side of the core material 4. That is, as shown in FIG. 7, the third outer FRP layer 9 can be disposed between the second outer FRP layer 2 and the outer surface protective layer 1. The third outer FRP layer 9 has the same configuration as the third inner FRP layer 7.
例えば、図８に示すように、複合管の両端部が支持され、複合管全体が曲げられるように荷重が作用した場合には、複合管の内面及び外面の両方に引張荷重が作用するおそれがある。そのため、図７に示すように、軸方向に延びる強化繊維が含有された第３外側ＦＲＰ層９を設けると、例えば、複合管の外面における軸方向の引張強度等をさらに向上することができる。 For example, as shown in FIG. 8, when load is applied such that both ends of the composite pipe are supported and the entire composite pipe is bent, tensile load may act on both the inner and outer surfaces of the composite pipe is there. Therefore, as shown in FIG. 7, when the third outer FRP layer 9 containing the reinforcing fibers extending in the axial direction is provided, for example, the axial tensile strength and the like in the outer surface of the composite pipe can be further improved.
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following examples.
＜１．実施例及び比較例の準備＞
実施例１，２として以下のような材料を用い、上記実施形態で説明した製造方法により、複合管を作製した。実施例１，２に係る複合管の呼び径は、５００ｍｍであり、肉厚は１０ｍｍである。
<1. Preparation of Examples and Comparative Examples>
The composite tube was produced by the manufacturing method demonstrated by the said embodiment using the following materials as Example 1, 2. The nominal diameter of the composite pipe according to Examples 1 and 2 is 500 mm, and the wall thickness is 10 mm.
実施例１に係る複合管の構成は、以下の通りである。
・外面保護層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル）を被覆したガラスペーパー(坪量：２５ｇ／ｍ2、幅９５ｍｍ)
・第２外側ＦＲＰ層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ガラス繊維（ガラスロービング、２４００ｔｅｘおよび４８００ｔｅｘ）
・第１外側ＦＲＰ層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ガラス繊維（ガラススダレ、１２００ｔｅｘ）
・芯材：レジンモルタル（不飽和ポリエステル樹脂、硅砂、炭酸カルシウム）
・第１内側ＦＲＰ層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ガラス繊維（ガラススダレ、１２００ｔｅｘ）
・第２内側ＦＲＰ層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ガラス繊維（ガラスロービング、２４００ｔｅｘおよび４８００ｔｅｘ）
・第３内側ＦＲＰ層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ガラス繊維（ガラススダレ、６００ｔｅｘ）
・内面保護層：熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル）を被覆したガラスペーパー(坪量：２５ｇ／ｍ2、幅９５ｍｍ)
The composition of the compound pipe concerning Example 1 is as follows.
· Outer surface protective layer: Glass paper coated with thermosetting resin (unsaturated polyester) (basis weight: 25 g / m 2 , width 95 mm)
Second outer FRP layer: thermosetting resin (unsaturated polyester resin), glass fiber (glass roving, 2400 tex and 4800 tex)
First outer FRP layer: thermosetting resin (unsaturated polyester resin), glass fiber (glass seed, 1200 tex)
・ Core material: Resin mortar (unsaturated polyester resin, borax, calcium carbonate)
First inner FRP layer: thermosetting resin (unsaturated polyester resin), glass fiber (glass seed, 1200 tex)
Second inner FRP layer: thermosetting resin (unsaturated polyester resin), glass fiber (glass roving, 2400 tex and 4800 tex)
· Third inner FRP layer: thermosetting resin (unsaturated polyester resin), glass fiber (glass seed, 600 tex)
Inner surface protective layer: Glass paper coated with thermosetting resin (unsaturated polyester) (basis weight: 25 g / m 2 , width 95 mm)
実施例２に係る複合管は、上記実施例１の構成に加え、第３外側ＦＲＰ層を、外面保護層と第２外側ＦＲＰ層との間に配置したものである。第３外側ＦＲＰ層の構成は、第３内側ＦＲＰ層と同じある。また、比較例は、実施例の構成のうち、第３内側ＦＲＰ層が設けられていない以外は、同じである。 The composite pipe according to the second embodiment is the one in which the third outer FRP layer is disposed between the outer surface protective layer and the second outer FRP layer in addition to the configuration of the first embodiment. The configuration of the third outer FRP layer is the same as the third inner FRP layer. Moreover, a comparative example is the same except the 3rd inner side FRP layer is not provided among the structures of an Example.
＜２．評価＞
(1) 三点曲げ試験
上記のように製造された実施例１，２及び比較例に係る複合管から、軸方向に３００ｍｍ、周方向に３０ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ７０７１にしたがって、図９に示すように、三点曲げ試験を行った。実施例１，２及び比較例に係る試験片において、複合管の内面側に対応する面を下にして、試験装置に配置した。このとき、試験片の軸方向の両端を２００ｍｍ離れた支点によって支持し、試験片の上面（複合管の外面）を押圧した。押圧位置は、支点間の中心である。また、押圧速度は、５ｍｍ／ｍｉｎであった。
<2. Evaluation>
(1) Three-Point Bending Test From the composite pipe according to Examples 1 and 2 and the Comparative Example manufactured as described above, a test piece of 300 mm in the axial direction and 30 mm in the circumferential direction is cut out according to JIS K 7071 As shown in 9, a three-point bending test was performed. The test piece which concerns on Example 1, 2 and a comparative example WHEREIN: The surface corresponding to the inner surface side of a composite pipe was turned down, and it arrange | positioned to the test apparatus. At this time, both axial ends of the test piece were supported by fulcrums separated by 200 mm, and the upper surface of the test piece (the outer surface of the composite pipe) was pressed. The pressing position is the center between the fulcrums. In addition, the pressing speed was 5 mm / min.
そして、実施例１，２及び比較例について、各１０個の試験片に対し、三点曲げ試験を行った。上記試験における破壊時の最大荷重から曲げ強度を算出したところ、結果は、以下の通りであった。以下の数値はいずれも１０個の平均値である。
・実施例１：１８０．５ＭＰａ
・実施例２：１７７．７ＭＰａ
・比較例：８６．５ＭＰａ
Then, a three-point bending test was performed on each of the ten test pieces in Examples 1 and 2 and the Comparative Example. The flexural strength was calculated from the maximum load at failure in the above test, and the results were as follows. The following figures are all 10 averages.
Example 1: 180.5 MPa
・ Example 2: 177.7 MPa
・ Comparative example: 86.5MPa
また、実施例１及び比較例については、軸方向に２００ｍｍ、周方向に３０ｍｍの試験片を用い、支点間距離を１６０ｍｍとし、その他の条件は上記と同じである試験も行った。結果は、以下の通りである。
・実施例１：１８７．７ＭＰａ
・比較例：８７．５ＭＰａ
Moreover, about Example 1 and a comparative example, the test between test materials whose axial distance is 160 mm and other conditions are the same as above is also conducted using a test piece of 200 mm in the axial direction and 30 mm in the circumferential direction. The results are as follows.
Example 1: 187.7 MPa
・ Comparative example: 87.5MPa
(2) 引張試験
実施例１，２及び比較例に係る複合管から、軸方向に３００ｍｍ、周方向に５０ｍｍの試験片を切り出し、引張試験を行った。図１０に示すように、各試験片の両端部の両面を、それぞれ長さが１１０ｍｍのＦＲＰ補強材で被覆し、この部分を固定して、試験速度を１ｍ／ｍｉｎの条件とした引張試験を行い、破壊時の引張強度を測定した。結果は、以下の通りであった。
・実施例１：５６．３ＭＰａ
・実施例２：７６．２ＭＰａ
・比較例：３９．２ＭＰａ
(2) Tensile Test From the composite tubes according to Examples 1 and 2 and Comparative Example, a test piece of 300 mm in the axial direction and 50 mm in the circumferential direction was cut out and subjected to a tensile test. As shown in FIG. 10, both sides of each end of each test piece are coated with FRP reinforcement of 110 mm in length, and this part is fixed, and a tensile test is performed with a test speed of 1 m / min. The tensile strength at break was measured. The results were as follows.
・ Example 1: 56.3 MPa
・ Example 2: 76.2 MPa
・ Comparative example: 39.2MPa
(3) 横せん断試験
実施例１，２及び比較例に係る複合管から、軸方向に７５ｍｍ、周方向に２５ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ７０５８にしたがって、横せん断試験を行った。試験速度は０．５ｍｍ／ｍｉｎとした。算出された横せん断強さは、以下の通りであった。
・実施例１：６０．１ＭＰａ
・実施例２：７０．９ＭＰａ
・比較例：５０．８ＭＰａ
(3) Lateral Shear Test From the composite tubes according to Examples 1 and 2 and Comparative Example, test pieces of 75 mm in the axial direction and 25 mm in the circumferential direction were cut out and subjected to a transverse shear test according to JIS K7058. The test speed was 0.5 mm / min. The calculated transverse shear strength was as follows.
-Example 1: 60.1MPa
・ Example 2: 70.9 MPa
・ Comparative example: 50.8MPa
上記のように、三点曲げ試験において、実施例１，２は比較例の２倍以上の曲げ強度を示した。引張試験及び横せん断試験においても、実施例１，２は比較例に比べ、高い強度を示している。また、実施例１，２を比較すると、第３外側ＦＲＰ層を有する実施例２は、引張試験及び横せん断試験において、実施例１よりも高い強度を示している。したがって、実施例１，２に係る複合管では、外周面からの荷重に対し、十分な強度を有していることが分かった。 As described above, in the three-point bending test, Examples 1 and 2 exhibited a bending strength twice or more that of the comparative example. Also in the tensile test and the transverse shear test, Examples 1 and 2 show higher strength than the comparative example. Moreover, when Example 1 and 2 are compared, Example 2 which has a 3rd outer side FRP layer is showing the intensity | strength higher than Example 1 in a tension test and a transverse shear test. Therefore, it was found that the composite pipe according to Examples 1 and 2 had sufficient strength against the load from the outer peripheral surface.
１ 外面保護層
２ 第２外側ＦＲＰ層
３ 第１外側ＦＲＰ層
４ 芯材
５ 第１内側ＦＲＰ層
６ 第２内側ＦＲＰ層
７ 第３内側ＦＲＰ層
８ 内面保護層
９ 第３外側ＦＲＰ層
1 outer surface protection layer 2 second outer FRP layer 3 first outer FRP layer 4 core 5 first inner FRP layer 6 second inner FRP layer 7 third inner FRP layer 8 inner surface protective layer 9 third outer FRP layer
Claims (11)
前記芯材の径方向外方に配置され、軸方向に延びる強化繊維を含有する第１外側ＦＲＰ層と、
前記第１外側ＦＲＰ層の径方向外方に配置され、周方向に延びる強化繊維を含有する第２外側ＦＲＰ層と、
前記芯材の径方向内方に配置され、軸方向に延びる強化繊維を含有する第１内側ＦＲＰ層と、
前記第１内側ＦＲＰ層の径方向内方に配置され、周方向に延びる強化繊維を含有する第２内側ＦＲＰ層と、
前記第２内側ＦＲＰ層の径方向内方に配置され、少なくとも軸方向に延びる強化繊維を含有する第３内側ＦＲＰ層と、
を備えている、複合管。 Cylindrical core material,
A first outer FRP layer disposed radially outward of the core and containing axially extending reinforcing fibers;
A second outer FRP layer disposed radially outward of the first outer FRP layer and containing circumferentially extending reinforcing fibers;
A first inner FRP layer disposed radially inward of the core and containing axially extending reinforcing fibers;
A second inner FRP layer disposed radially inward of the first inner FRP layer and containing circumferentially extending reinforcing fibers;
A third inner FRP layer disposed radially inward of the second inner FRP layer and containing at least axially extending reinforcing fibers;
Equipped with a composite pipe.
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