JP2726123B2 - 繊維強化樹脂管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱可塑性樹脂からなる内層樹脂管の外周に
補強繊維が巻回された繊維強化樹脂管の製造方法に関す
る。

（従来の技術） 従来から樹脂製管は、金属製管と比較して軽量であっ
て錆びない等の優れた特性を有しており、広く用いられ
ている。しかし、この樹脂製管は、金属製管に比較して
耐圧性および耐衝撃性において劣っている。そこで、こ
れらの樹脂製管に耐圧性および耐衝撃性をもたせたもの
として、熱可塑性樹脂から成形された内層樹脂管の外周
に繊維で補強した繊維強化熱可塑性樹脂からなる強化層
を設け、さらにこの強化層の外周に熱可塑性樹脂層を被
覆した繊維強化樹脂管及びその製造方法が提案されてい
る（例えば、特開昭63−152786号公報参照）。この繊維
強化樹脂管の製造方法は、芯材となる内層樹脂管を表面
が溶融する温度まで加熱しながら内層樹脂管の外周にフ
ィラメント間に熱可塑性樹脂が含浸したストランド状の
補強化を巻回して融着する方法や、補強繊維を内層樹脂
管の外周に巻回した後、内層樹脂管を表面が溶融する温
度まで加熱して融着する等により、強化層を設けた後、
この強化層の外周に熱可塑性樹脂を押し出して被覆し加
熱するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来の製造方法では、熱可塑性樹脂から
成形された芯材となる内層樹脂管の外周に補強繊維を融
着させるためには、内層樹脂管の表面が融着する温度に
なるまで管を加熱する必要があった。しかし、その場
合、加熱により軟化した内層樹脂管は、巻回する補強繊
維の張力により変形し易く、そのため寸法精度の優れた
樹脂管の成形が困難であるといった問題点があった。本
発明は、上記問題点を解決しようとするものであり、そ
の目的とするところは、内層樹脂管と補強繊維が充分に
融着されており、しかも補強繊維を巻回し融着する際に
内層樹脂管内部の変形が起こらない繊維強化樹脂管の製
造方法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、熱可塑性樹脂から成形された芯材となる内
層樹脂管の外周に熱可塑性樹脂と補強繊維を一体化させ
た繊維複合体よりなる強化層を形成せしめる繊維強化樹
脂管の製造方法において、繊維複合体の熱可塑性樹脂
を、内層樹脂管を構成する熱可塑性樹脂よりも融点ある
いは変形温度が低く、内層樹脂管と融着可能な熱可塑性
樹脂で構成し、内層樹脂管の融点あるいは変形温度より
低い温度で繊維複合体と内層樹脂管を融着せしめること
を特徴としている。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において、繊維強化樹脂管の芯材となる内層樹
脂管の原料の熱可塑性樹脂としては、例えばポリ塩化ビ
ニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネー
ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリ
エーテルエーテルケトン等が挙げられ、管状に押出成形
可能で、融点あるいは変形温度及び融着可能の要件を満
たすものであれば特に限定されず、樹脂管の使用目的に
適した熱可塑性樹脂が使用される。これら熱可塑性樹脂
は単独あるいは複数の混合物として用いてもよい。ま
た、これらの熱可塑性樹脂に熱安定剤、可塑剤、滑剤、
酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、無機充填材、強化繊
維等の添加剤、充填材、加工助剤、改質剤等を樹脂管の
使用目的に応じて加えてもよい。また、内層樹脂管は上
記から選択した熱可塑性樹脂を複数層に積層してなる積
層体であってもよい。

内層樹脂管に巻回される繊維複合体は、多数の連続す
るフィラメントからなる補強繊維に熱可塑性樹脂が含浸
等により保持されてなるもので、用いられる補強繊維と
しては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維又はアラミド
繊維若しくはビニロン等の各種の合成繊維等が例示さ
れ、これらの繊維は、直径１〜40μｍの連続フィラメン
ト数十〜数千本より構成されるロービング又はヤーンか
ら形成された紐状、テープ状のものが一般的に使用され
る。繊維複合体の厚みは、薄すぎると強度に欠け、2mm
を超え厚すぎると巻回が困難となるので0.1mm〜2mmの範
囲が好適に用いられる。幅は５〜50mm程度である。

補強繊維に含浸等により保持される熱可塑性樹脂とし
ては、上記内層樹脂管と融着可能であれば特に限定され
ないが、内層樹脂管と相溶性が高く、かつ内層樹脂管の
熱可塑性樹脂よりも低い温度で溶融あるいは軟化する熱
可塑性樹脂が使用される。即ち、上記内層樹脂管の原料
の熱可塑性樹脂の中から内層樹脂管よりも融点或いは熱
変形温度が低くなるように選ばれる。

繊維複合体は、フィラメントからなるロービング又は
ヤーン等のストランド状の補強繊維を、（１）粉体状の
熱可塑性樹脂の流動床中を通過させ、フィラメント間に
熱可塑性樹脂を含浸する、（２）粉体状熱可塑性樹脂を
分散した液体の槽中を通過させたのち乾燥する、（３）
溶融した熱可塑性樹脂の槽中を通過して繊維間に熱可塑
性樹脂を付着させたのち乾燥し、そのまま繊維複合体と
するか、又は一旦、熱可塑性樹脂を加熱溶融させるか、
又は加熱された加圧ロールによって一体化し、紐状ある
いはテープ状に成形してもよい。（１），（２）の方法
による場合には、フィラメント間に含浸された熱可塑性
樹脂は粉末状のまま使用に供することもできる。繊維複
合体中の補強繊維と熱可塑性樹脂の比率としては、補強
繊維の量が５〜80容量％の範囲で適宜の量に選ばれる。
補強繊維の量が５容量％未満では繊維による補強効果が
得られ難く、80容量％を超えると内層樹脂管の界面とは
融着可能でなくなり、充分に融着した強度の大きい繊維
強化管が得られない。ここでいう融着可能とは、双方の
熱可塑性樹脂を溶融状態になるまで加熱し圧着したもの
が、冷却後に融着した界面が容易に切断されない状態を
いう。

本発明における繊維強化樹脂管の熱可塑性樹脂構成と
しては、上記の繊維複合体の原料の熱可塑性樹脂の融点
あるいは熱変形温度は、内層樹脂管に用いられる熱可塑
性樹脂のそれよりも低い、という条件を満たす組合せで
あれば特に限定されない。このような条件を満たす組合
せにすると、被覆する熱可塑性樹脂の加熱により強化層
の熱可塑性樹脂が充分に溶融し高い融着強度が得られ
る。内層樹脂管と繊維複合体の熱可塑性樹脂構成として
は、例えば、次の表−１に示すような組合せが挙げられ
る。

さらに、本発明を図面に従って説明する。

第１図は本発明にかかる製造方法の実施に用いる製造
装置の一例を示す概略説明図である。

この図において、１は熱可塑性樹脂を押し出す押出機
である。この押出機１の先端には熱可塑性樹脂を中空管
状に押し出して形成する金型２が取り付けられている。
金型２より押し出された内層樹脂管３の周りを回転し、
この内層樹脂管３の外周にテープ状の繊維複合体６を巻
回する巻回装置５が成形金型２の先方に設けられ、内層
樹脂管３への繊維複合体６が巻回される近傍には熱風加
熱装置４が設けられている。巻回装置５には繊維複合体
を巻き付けたボビン状の巻出機又はロール5aを２ケ備え
ている。外周に繊維複合体６が巻回された内層樹脂管３
の外周にさらに熱可塑性樹脂を被覆するための熱可塑性
樹脂を押し出す押出機７と、この押出機７の先端には被
覆金型８が取り付けられている。さらにこの被覆金型８
から先方にかけて、順次、水槽等の冷却装置９と、引取
機10とが設けられている。

押出機１は通常の熱可塑性樹脂管の成形に用いられる
各種の形式の押出機を使用しうる。

巻回装置５は図示していない動力装置により内層樹脂
管３の周囲を回転し、各ロール5aからテープ状の繊維複
合体６を巻出して内層樹脂管３の外周に巻回すように構
成している。

次に、上記装置を用いて本発明の繊維強化樹脂管を製
造する方法を説明する。

押出機１から押し出された熱可塑性樹脂は、金型２を
通過することで内層樹脂管３が形成される。

続いて、巻回装置５を回転させながらフィラメント間
に熱可塑性樹脂が含浸したテープ状の繊維複合体６を内
層樹脂管３の外周に隙間および重なりが発生しないよう
に巻回する。２個の巻回装置５は、第１図に示すよう
に、互いに反対方向に回転するように構成することが、
内層樹脂管３の外周には補強繊維が互いに交叉するよう
に複層配置された強化層を形成することができ、耐圧性
に優れた繊維強化樹脂管が得られる点で好ましい。補強
繊維が全て単一方向に配置されると、管に応力がかかっ
た場合に繊維のずれが応じ、繊維により補強した効果が
充分に発揮されない可能性がある。

続いて、繊維複合体を巻回した内層樹脂管３を繊維複
合体６の外周から熱風加熱装置４により加熱融着し一体
化した管状体11aを形成する。

内層樹脂管に繊維複合体を巻回融着し、強化層を形成
する方法としては、巻回による方法が簡単で合理的であ
るが、管の軸方向の強度、寸法精度が要求される場合は
繊維複合体を管軸方向に沿って囲繞した状態で融着して
もよい。内層樹脂管３の外周に繊維複合体６を巻回融着
する際、内層樹脂管３が変形するのを防止するために、
金型２の樹脂出口より押し出し方向に突出する内コアを
設け、この内コアの外側位置で繊維複合体６を内層樹脂
管３の外周に巻回する方法、あるいは金型２の先端より
内層樹脂管３の内部に冷却空気吹き込み内層樹脂管３の
内面を冷却しつつ繊維複合体６を巻回する等の変形防止
対策を行っても差し支えない。

続いて、この管状体11aは被覆金型８に導かれて外周
に、押出機７より押し出された熱可塑性樹脂が被覆され
て外層が形成され、冷却装置９へ供給されて冷却された
後、引取機10で引き取られて繊維強化樹脂管11が得られ
る。

第２図は繊維強化樹脂管の製造方法の実施に用いる製
造装置の他の例を示す概略説明図である。上記第１図に
示す繊維強化樹脂管の製造方法は、内層樹脂管にテープ
状の繊維複合体を巻回する方法であるが、この一実施例
は、ロービング又はヤーン等のストランド状の繊維複合
体を用いて製造する方法である。

第２図において、第１図に示すものに相当する部分に
ついては、同一符号を付してその説明を省略する。

第２図において、12はロービング状等の繊維複合体16
の巻回装置で、押出機１の近傍に設けられ、ストランド
状の繊維複合体16を金型２で形成された内層樹脂管３の
外周の長手の管軸にそって供給する。鼓形の加熱ロール
14が内層樹脂管３の周囲に設けられ、繊維複合体16の外
面から内層樹脂管３を加熱し、内層樹脂管３に繊維複合
体16を融着させる。さらに、別の巻回機15が加熱ロール
14の先方に設けられ、繊維複合体16を融着させた内層樹
脂管３の外周を回転し、内層樹脂管３の外周にさらに、
ストランド状の繊維複合体16を巻回する。

なお、上記において、巻回装置を２個設けた場合の例
について説明したが、その数は次に限定されることな
く、成形する強化層の厚さや所望の物性により適宜決定
される。例えば、巻回装置を１個設けてもよく、３個以
上設けてもよい。

また、繊維複合体を内層樹脂管に巻回して融着する方
法としては、繊維複合体を成形ダイより押し出された直
後の高温状態の内層樹脂管に速やかに巻回して融着させ
てもよいし、あるいは一旦冷却した内層樹脂管を、熱風
もしくは赤外線ヒーターなどで内層樹脂管の外周表面
が、溶融する程度に繊維複合体と内層樹脂管を別々に若
しくは同時に加熱し、繊維複合体を内層樹脂管に巻回し
て融着一体化させてもよい。この加熱の時間は、内層樹
脂管の外面のみが溶融し管内側の表面は溶融しないよう
に急速に加熱することが好ましい。

内層樹脂管に繊維複合体を巻回する方法としては、管
を押出しから連続的に製造する場合の例について示した
が、一旦成形された管を適当な長さで切断した後、管を
回転させて巻回する方法であっても差し支えない。

また、予めフィラメント間に熱可塑性樹脂が含浸した
繊維複合体を用いる例について示したが、繊維複合体を
形成する工程を巻回工程の前に設けて、繊維複合体を形
成しながら内層樹脂管に巻回してもよい。

また、内層樹脂管の外周への繊維複合体の融着を熱風
加熱装置により行った例について説明したが、遠赤外線
ヒーター、赤外線ヒーター等の加熱手段により軟化温度
以上に加熱する装置としても差し支えない。

また、上記において、施工その他の関係で、管の寸法
精度が要求され、巻回された繊維複合体が管の外表面に
存在していると、製品として不都合な場合があるので、
熱可塑性樹脂を押出成形し被覆する工程を加え、３層構
造の複合管にした例について説明したが、３層構造に限
られるものではなく４層構造としても差し支えない。

（作 用） 加熱溶融した熱可塑性樹脂を押出機から金型を経て押
出す等により内層樹脂管を成形し、巻回装置を内層樹脂
管の周囲を回転させながら、巻回装置に設置された巻出
装置から繊維複合体を巻出して繊維複合体の巻回を行
い、内層樹脂管および繊維複合体を熱風加熱装置により
内層樹脂管の表面温度が、繊維複合体を構成する熱可塑
性樹脂を融着可能な程度まで加熱させ融着せしめる。こ
のとき、繊維複合体の熱可塑性樹脂の融点あるいは熱変
形温度が内層樹脂管のそれよりも低い熱可塑性樹脂を用
いることにより、繊維複合体を融着する際の内層樹脂管
の表面温度が、繊維複合体を構成する熱可塑性樹脂を融
着可能な程度まで溶融させる温度まで達しているため、
複合繊維体を融着する際の管の変形を最小限にすること
ができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１（第１図参照） まず押出機１に熱安定剤、滑剤などを配合したポリ塩
化ビニル（熱変形温度72℃）を供給し、温度約180℃の
金型の成形ダイ２内で内径23mm、肉厚約3mmの芯材とな
る内層樹脂管３を押し出す。成形された内層樹脂管３は
その外表面温度が下がらぬよう熱風加熱装置４で加熱し
ながら巻回装置５により繊維複合体６を巻回融着させ
る。ここで用いた繊維複合体６は厚さ約0.5mm、幅約20m
m程度のテープ状のもので、ガラス繊維のロービングを
開繊したのち、その繊維間に酢酸ビニル塩化ビニル共重
合体（酢酸ビニル含有率10％、熱変形温度64℃）をよく
含浸させ、成形したものである。また、使用した巻回装
置５とは、繊維複合体６を巻き付けたロール5aを２つ備
えた円盤状のもので、内層樹脂管３を中心として回転す
ることにより管の周りに繊維複合体６を巻き付ける仕組
みになっており、この様な円盤状の巻回装置５を２つ用
いることにより繊維複合体６を角度を変えて２層積層し
た。なお、繊維複合体中のガラス繊維量は30wt％であっ
た。繊維複合体６の巻回された管は、押出機７より供給
されるポリ塩化ビニルで被覆成形され、冷却装置９で冷
却サイジングされた後、引取機10で引き取られる。以上
の工程により連続的に製造された３層構造の繊維強化樹
脂管11は、層間の装着性も良く、管内面の変形もほとん
どなかった。

実施例２（第２図参照） まず押出機にナイロン６−６（融点255℃）を供給
し、温度約280℃の成形ダイ２内で内径23mm、肉厚2mmの
芯材となる内層樹脂管３を押し出す。成形された内層樹
脂管３の外表面に余熱された繊維複合体16を管軸方向に
配置し、鼓形加熱ロール14で内層樹脂管３に押圧、融着
させ、その後、熱風加熱装置４により管表面を加熱しな
がら巻回装置15により繊維複合体16を管外周に巻回・融
着させる。ここで用いた繊維複合体16は、外径約0.5mm
の紐状のもので、補強繊維にはガラス繊維を用い、繊維
間に保持されている樹脂はナイロン12であり、繊維複合
体16中のガラス繊維量は約25wt％であった。繊維複合体
16の巻回された管は、押出機７より供給されるナイロン
12で被覆成形され、冷却装置９で冷却・サイジングされ
た後、引取機10で引き取られる。以上の工程により連続
的に製造された繊維強化樹脂管11は、層間の接着性も良
く、管内面の変形もほとんど伴わなかった。

（発明の効果） 本発明の繊維強化樹脂管の製造方法によれば、従来の
方法と異なり、フィラメント間に内層樹脂管の熱可塑性
樹脂よりも融点あるいは変形温度の低い熱可塑性樹脂が
保持されてなる繊維複合体を内層樹脂管の外周に巻回
し、この内層樹脂管の熱変形温度より低い温度で融着せ
しめるので、得られた繊維強化樹脂管の外面に発生する
凹凸が極小となり、寸法精度が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明の繊維強化樹脂
管の製造方法の実施に用いられる製造装置の一例を示す
概略説明図である。 1,7;押出機、2;金型 3;内層樹脂管;4;熱風加熱装置 5,12,15;巻回装置 6,16;繊維複合体、8;被覆金型 9;冷却装置、10;引取機 11;繊維強化樹脂管、14;加熱ロール

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂を押出して内層樹脂管を成形
   し、該内層樹脂管の外面に多数のフィラメントよりなる
   補強繊維に熱可塑性樹脂が保持されてなる繊維複合体
   を、巻回あるいは囲繞して融着せしめる繊維強化樹脂管
   の製造方法において、前記繊維複合体の熱可塑性樹脂
   を、前記内層樹脂管を形成する熱可塑性樹脂よりも融点
   あるいは熱変形温度が低く、しかも前記内層樹脂管と融
   着可能な熱可塑性樹脂で構成し、前記内層樹脂管の融点
   あるいは熱変形温度より低い温度で繊維複合体と内層樹
   脂管を融着せしめることを特徴とする繊維強化樹脂管の
   製造方法。