JP3135394B2 - 強化プラスチック管およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外圧に対して優れた強
度を持つ強化プラスチック管およびその製造方法に関
し、さらに詳しくは、繊維補強材によって補強された樹
脂製の内層および外層との間に樹脂モルタル製の中間層
が設けられた３層構造の強化プラスチック管およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、金属管、コンクリート管に比べて
軽量であるために施工性に優れた強化プラスチック管が
普及している。特に、繊維補強材により補強された繊維
強化プラスチックにより内層と外層とを構成し、この内
層と外層との間に樹脂モルタルにより構成された中間層
を有する３層構造の強化プラスチック管が、あらゆる分
野において使用できるために、その用途も拡大してい
る。このような３層構造の強化プラスチック管は、運搬
中、配管作業中、あるいは配管後等に受ける外力に対し
て高強度が要求されるにもかかわらず、通常、樹脂モル
タルにより構成された中間層の伸びが、繊維強化樹脂製
の内層および外層の伸びよりも小さいために、内層およ
び外層が破断する前に内層および外層と中間層とのそれ
ぞれの層間において剥離するという欠点がある。

【０００３】このような欠点を解消するために、例え
ば、特公昭53-25877号公報には、繊維強化プラスチック
製の内層および外層と、樹脂モルタル製の中間層との間
に、充填材が含有されているガラス繊維強化プラスチッ
ク層をそれぞれ介在させた５層構造の強化プラスチック
管が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この公報に開示された
強化プラスチック管は、内層および外層の伸びと中間層
の伸びとの差を、内層および外層と中間層との間にそれ
ぞれ設けられた層によって吸収するようになっているた
めに、内層および外層と中間層とがそれぞ剥離すること
はある程度抑制される。しかし、隣接する各層同士が強
固に接着されていないために、内層および外層と中間層
との剥離を確実に防止できるものではなく、外力に対す
る強度が十分に得られるものではない。

【０００５】本発明は上記従来の問題を解決するもので
あり、その目的は、外力に対して高強度を有する強化プ
ラスチック管および該強化プラスチック管を効率よく製
造でき強化プラスチック管の製造方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の強化プラスチッ
ク管は、補強材により補強された樹脂により構成された
内層および外層と、該内層と外層との間に設けられてお
り、樹脂モルタルにより構成された中間層と、内層と中
間層との間にわたって一部がそれぞれ嵌入した繊維チョ
ップ補強材、および外層と中間層との間にわたって一部
がそれぞれ嵌入した繊維チョップ補強材と、を有するも
のであり、そのことにより上記目的が達成される。

【０００７】本発明の強化プラスチック管の製造方法
は、離型処理された筒状金型の周囲に未硬化の樹脂層を
積層する工程と、該樹脂層が未硬化の状態で該樹脂層上
に繊維補強材を積層する工程と、繊維補強材が混入され
た未硬化の樹脂モルタルと、繊維補強材が混入されてい
ない未硬化の樹脂モルタルと、繊維補強材が混入された
未硬化の樹脂モルタルとをそれぞれシート状に押し出し
て、それらを順次積層する工程と、その積層体を積層方
向に圧縮して表面に繊維補強材の一部をそれぞれ露出さ
せる工程と、圧縮された積層体を前記未硬化状態の樹脂
層上に積層する工程と、圧縮された積層体上に未硬化状
態の樹脂層を積層する工程と、積層体上に積層された樹
脂層が未硬化の状態で該樹脂層上に繊維補強材を積層す
る工程と、を包含するものであり、そのことにより上記
目的が達成される。

【０００８】

【作用】本発明の強化プラスチック管では、内層および
中間層のそれぞれに一部が嵌入した繊維チョップ補強材
と、外層および中間層のそれぞれに一部が嵌入した繊維
チョップ補強材とによって、内層および外層と中間層と
がそれぞれ一体的に連結された状態になっている。

【０００９】本発明の強化プラスチック管の製造方法で
は、繊維強化樹脂モルタルと樹脂モルタルと繊維強化樹
脂モルタルとを積層した積層体を積層して圧縮すること
により、各繊維強化樹脂モルタルの表面から繊維補強材
の一部が露出させて、未硬化の繊維補強樹脂上に積層す
るとともに、積層体上に未硬化の繊維補強樹脂が積層さ
れる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。
図１は本発明の強化プラスチック管の一例を示す縦断面
図である。この強化プラスチック管は、繊維強化樹脂に
より構成された内周側の内層１０と、同様に繊維強化樹
脂により構成された外周側の外層２０と、内層１０およ
び外層２０との間に設けられた樹脂モルタルにより構成
された中間層３０と、を有する３層構造になっている。
内層１０は、補強材として、ガラス繊維ペーパー１１
と、ガラス繊維ストランド１２とが樹脂層１５内に混入
されたガラス繊維強化樹脂（ＦＲＰ）により構成されて
おり、また、外層２０も、補強材として、ガラス繊維ペ
ーパー２１と、ガラス繊維ストランド２２とが樹脂層２
５内に混入されたガラス繊維強化樹脂により構成されて
いる。そして、中間層３０における内層１０および外層
２０それぞれに近接した部分には、内層１０および外層
２０の樹脂モルタルに一部がそれぞれ嵌入したガラス繊
維チョップ３４および３５が設けられている。従って、
内層１０と中間層３０とは、ガラス繊維チョップ３４に
よって補強されて連結された状態になっており、また、
外層２０と中間層３０とは、ガラス繊維チョップ３５に
よって補強されて連結された状態になっている。なお、
中間層３０における内層１０に近接した部分には樹脂線
材３６が嵌入している。

【００１１】図２は、このような本発明の補強プラスチ
ック管の製造に使用される装置の概略構成図である。こ
の装置は、ドロストホルム式の成形装置であって、装置
本体１から水平方向に延出された回転軸２を有してい
る。該回転軸２には、該回転軸２を中心にして回転する
ように円筒形の金型３の基端部が連結されている。金型
３の先端は開放されており、その開放端部は硬化炉８内
に挿入されている。

【００１２】金型３には、無端のスチールベルト４が螺
旋状に巻回されている。螺旋状のスチールベルト４は、
その外周面が型面５を構成しており、該型面５上に樹脂
等が順次積層されて強化プラスチック管が製造される。
型面５を有するスチールベルト４は、金型３の回転に伴
って該金型３の先端部である開放端部側へと移動され
る。金型３の開放端部に到達したスチールベルト４は、
金型３の内部を通って装置本体１へと戻されて、再度、
金型３に巻回されるようになっている。

【００１３】金型３の基端部に巻回されたスチールベル
ト４の型面５に対向して、熱可塑性樹脂を供給する樹脂
供給ホース６が配置されており、また、該樹脂供給ホー
ス６よりも金型３先端部側位置には、スチールベルト４
の型面５に対向して、樹脂モルタル供給器７および樹脂
供給ホース７０が相互に隣接して配置されている。

【００１４】このような構成の成形装置により、本発明
の製造方法が次のように実施されて、図１の強化プラス
チック管が製造される。

【００１５】金型３を回転させて、該金型３に巻回され
たスチールベルト４を金型３の先端部側へと順次移動さ
せながら、該スチールベルト４の外周面である型面５上
に、離型シート４１を螺旋状に巻回する。そして、型面
５上に巻回された離型シート４１上に樹脂供給ホース６
から未硬化の熱可塑性樹脂が供給されて熱可塑性の樹脂
層１５を積層する。次に、該樹脂層１５上に、内層１０
の補強材としてのガラス繊維ペーパー１１およびガラス
繊維ストランド１２を積層する。そして、ガラス繊維ペ
ーパー１１およびガラス繊維ストランド１２が積層され
た未硬化の樹脂層１５上に、樹脂モルタル供給器７によ
って、中間層３０を構成する積層体が積層される。

【００１６】樹脂モルタル供給器７は、図３に示すよう
に、幅方向に並んで搬送される複数本の樹脂線材３６
と、これらの樹脂線材３６の搬送方向に沿って配置され
た３つの樹脂押出器７１、７２、および７３と、上下一
対の押えローラ７５および７６と、を有している。下側
の押えローラ７５は、中央部の樹脂押出器７２の下方に
配置されており、該押えローラ７５によって樹脂線材３
６が支持されて搬送され、金型３に巻回されたスチール
ベルト４上に巻回されている、ガラス繊維ペーパー１１
およびガラス繊維ストランド１２が積層された樹脂層１
５上に巻き付けられている。上流側の樹脂押出器７１お
よび下流側の樹脂押出器７３は、樹脂とモルタルとガラ
ス繊維チョップ３４および３５がそれぞれ混練された繊
維強化樹脂モルタル３１および３３がシート状に押し出
されるようになっており、また、中央部の樹脂押出器７
２は、樹脂とモルタルとが混練された樹脂モルタル３２
をシート状に押し出すようになっている。

【００１７】上流側に位置する樹脂押出器７１にてシー
ト状に押し出された繊維強化樹脂モルタル３１は樹脂線
材３６に支持されて搬送され、該繊維強化樹脂モルタル
３１上に、中央部の樹脂押出器７２にて押し出されるシ
ート状の樹脂モルタル３２が積層される。そして、その
樹脂モルタル３２が搬送される間に、該樹脂モルタル３
２上に下流側の樹脂押出器７３によって押し出されたシ
ート状の繊維強化樹脂モルタル３３が積層され、これら
によって中間層３０が形成される。下側から繊維強化樹
脂モルタル３１、樹脂モルタル３２、および繊維強化樹
脂モルタル３３が順次積層されて形成された中間層３０
は、下側の押えローラ７５と金型５との間を搬送される
間に、上側の押えローラ７６および下側の押えローラ７
５にて圧縮される。これにより、上側および下側の繊維
強化樹脂モルタル３３および３１内のガラス繊維チョッ
プ３５および３４が、それぞれの表面から一部が露出し
た状態になる。

【００１８】上側および下側の繊維強化樹脂モルタル３
３および３１内のガラス繊維チョップ３５および３４
が、それぞれの表面から一部が露出した状態になった中
間層３０は、金型４に巻回されたスチールベルト５上の
樹脂層１５上に巻回されて該樹脂層１５上に積層され
る。このとき、未硬化の樹脂層１５内に、下側の繊維強
化樹脂モルタル３１の表面から露出したガラス繊維チョ
ップ３４が、下側の繊維強化樹脂モルタル３１の樹脂内
に嵌入した状態となる。

【００１９】樹脂層１５上に中間層３０が積層される
と、樹脂供給ホース７０によって、未硬化の樹脂が該中
間層３０上に供給されて樹脂層２５が形成される。この
とき、中間層３０における上側の繊維強化樹脂モルタル
３３から露出したガラス繊維チョップ３５の一部が未硬
化の樹脂層２５内に嵌入した状態になる。

【００２０】さらに、中間層３０上に積層された樹脂層
２５が未硬化の状態で、該樹脂層２５上に、ガラススト
ランド２２およびガラスペーパー２１が順次積層され
る。これにより、ガラスストランド２２およびガラスペ
ーパー２１が樹脂層２５内に埋め込まれた状態になり、
これらが、スチールベルト４とともに硬化炉８内へと搬
入される。そして、該硬化炉８により、樹脂層１５およ
び２５、繊維強化樹脂モルタル３１および３３、樹脂モ
ルタル３２、が硬化される。これにより、ガラスペーパ
ー１１およびガラスストランド１２によって補強された
ガラス繊維強化樹脂製の内層１０と、ガラスストランド
２２およびガラスペーパー２１によって補強された外層
２０と、内層１０および外層２０にそれぞれガラス繊維
チョップ３４および３５にて連結された中間層３０と、
を有する強化プラスチック管が製造される。

【００２１】このようにして製造される強化プラスチッ
ク管は、内層１０と中間層３０と、外層２０と中間層３
０が、それぞれガラス繊維チョップ３４および３５によ
って連結された状態になっている。従って、この強化プ
ラスチック管は、内層１０と中間層３０、および外層２
０と中間層３０の剥離が防止され、外圧に対して高強度
を示す。

【００２２】ガラス繊維強化樹脂モルタル３１および３
３におけるガラス繊維チョップ３４および３５の混入量
は、２０重量％以上が好ましい。２０重量％以下になる
と、ガラス繊維チョップ３４および３５は、内層１０を
構成する樹脂層１５および外層２０を構成する樹脂層２
５内に十分に嵌入せず、内層１０および外層２０それぞ
れと中間層３０とを十分に接合させることができない。
ガラス繊維強化樹脂モルタル３１および３３は、それぞ
れ１０kg／ｍ²以下が望ましい。１０kg／ｍ²よりも大き
くなると、ガラス繊維チョップ３４および３５が、それ
ぞれ均一に分散されなくなる。

【００２３】ガラス繊維マットの目付けが50g／m²未満
になれば、樹脂モルタル内に嵌入されるガ ラス繊維マ
ットにより樹脂モルタルは十分な補強効果が得られず、
また、200g／m²を超えるとガラス繊維マット自体の剛性
が高まって樹脂モルタルＥ１内にガラス繊維マットの一
部を十分に嵌入させることができなくなる。また、ガラ
ス繊維強化モルタル３１が支持される支持線材３６とし
ては、ビニロン、ポリエステル等が使用される。

【００２４】本発明の強化プラスチック管に使用される
樹脂、即ち、内層１０および外層２０を構成する熱可塑
性樹脂、および中間層３０の樹脂モルタルにおける樹脂
は、特に限定されず、例えば不飽和ポリエステル樹脂、
ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂等が使用できる。特
に、ビニルエステル樹脂は、耐薬品性に優れているため
に好適に使用される。

【００２５】次に、本発明の強化プラスチック管の具体
例を示す。図２および図３に示す装置を用いて外径800m
mの強化プラスチック管を製造した（サンプルＡ）。中
間層を構成するガラス繊維強化樹脂モ ルタルそれぞれ
の樹脂モルタルは、５kg／ｍ²の重量とし、各樹脂モル
タルに混入されるガラス繊維チョップは３０重量％とし
た。内層および外層の補強材として、2200番手のガラス
ストランドを使用した。また、不飽和ポリエステル樹脂
（硬化剤１phr、促進剤0.5％を含む）を、内層および外
層の樹脂として使用した。成型速度を20m／hとして製造
された強化プラスチック管は、内層および外層の層厚
が、各2.5mm、管の厚さが16mmであった。製造された強
化プラスチック管を切断してそれぞれの層の間について
観察すると、内層および外層と中間層とが、それぞれガ
ラス繊維チップによって補強されて一体的に連結されて
いた。

【００２６】ガラス繊維チョップに替えてカーボン繊維
チョップ（含有量２５重量％）を使用したこと以外は、
上述の例と同様にして強化プラスチック管を製造した
（サンプルＢ）。この場合にも、内層および外層と中間
層とが、カーボン繊維チョップによって補強されて一体
的に連結されていたストランドに固定されたガラスチョ
ップにより一体的に補強されていた。

【００２７】比較のために、樹脂モルタルの各表面に繊
維チョップ補強材を設けることなく、樹脂層に積層し
て、強化プラスチック管を製造した（サンプルＣ）。こ
の強化プラスチック官は、内層および中間層、外層およ
び中間層が十分には接着されていなかった。

【００２８】サンプルＡ、Ｂ、Ｃについて、強化プラス
チック管を300mmの長さに切断して圧壊試験およびシャ
ルピー衝撃試験を行った。結果を表１に示す。本発明の
強化プラスチック管であるサンプルＡおよびＢは、比較
例であるサンプルＣに比して、外圧に対する強度が著し
く高かった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明の強化プラスチック管は、このよ
うに、内層と中間層、外層と中間層とが、繊維チョップ
材によって連結された状態になっているために、層間の
剥離強度が非常に高く、外圧に対して優れた強度を示
す。

【００３１】また、本発明の強化プラスチック管の製造
方法は、樹脂モルタルの各表面から繊維補強材の一部を
露出させるようにしているために、この樹脂モルタルと
未硬化の繊維補強樹脂とを積層して硬化させることによ
って、本発明の強化プラスチック管を連続的に能率よく
製造できる。また、設備においても大型化しないため
に、経済性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強化プラスチック管の一例を示す縦断
面図。

【図２】本発明の製造方法の実施に適した装置の全体構
成を示す概略図。

【図３】シート供給器の構成を示す概略図。

【符号の説明】

１０ 内層 １１ ガラスペーパー １２ ガラスストランド １５ 樹脂層 ２０ 外層 ２１ ガラスペーパー ２２ ガラスストランド ２５ 樹脂層 ３０ 中間層 ３１ 繊維強化樹脂モルタル ３２ 樹脂モルタル ３３ 繊維強化樹脂モルタル ３４ ガラス繊維チョップ ３５ ガラス繊維チョップ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補強材により補強された樹脂により構成
   された内層および外層と、 該内層と外層との間に設けられており、樹脂モルタルに
   より構成された中間層と、 内層と中間層との間にわたって一部がそれぞれ嵌入した
   繊維チョップ補強材、および外層と中間層との間にわた
   って一部がそれぞれ嵌入した繊維チョップ補強材と、 を有する強化プラスチック管。
2. 【請求項２】 離型処理された筒状金型の周囲に未硬化
   の樹脂層を積層する工程と、 該樹脂層が未硬化の状態で該樹脂層上に繊維補強材を積
   層する工程と、 繊維補強材が混入された未硬化の樹脂モルタルと、繊維
   補強材が混入されていない未硬化の樹脂モルタルと、繊
   維補強材が混入された未硬化の樹脂モルタルとをそれぞ
   れシート状に押し出して、それらを順次積層する工程
   と、 その積層体を積層方向に圧縮して表面に繊維補強材の一
   部をそれぞれ露出させる工程と、 圧縮された積層体を前記未硬化状態の樹脂層上に積層す
   る工程と、 圧縮された積層体上に未硬化状態の樹脂層を積層する工
   程と、 積層体上に積層された樹脂層が未硬化の状態で該樹脂層
   上に繊維補強材を積層する工程と、 を包含する強化プラスチック管の製造方法。