JP3225319B2 - 制御された配向を有する繊維により補強された熱可塑性樹脂製チューブの製造方法 - Google Patents
制御された配向を有する繊維により補強された熱可塑性樹脂製チューブの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は押出し成型により製造さ
れる、不連続繊維により補強された熱可塑性ポリマー製
チューブの技術分野に関するものである。
れる、不連続繊維により補強された熱可塑性ポリマー製
チューブの技術分野に関するものである。
【０００２】本発明はチューブ壁および面中でチューブ
の中心線に対して垂直になるように繊維を配向させるこ
とができ、そしてこのように作られたチューブの機械的
特性を非常に顕著に改良することができる方法に関する
ものである。本発明はさらに、このような方法に使用す
ることができる装置、およびこの方法を実施して製造さ
れるチューブに関するものである。
の中心線に対して垂直になるように繊維を配向させるこ
とができ、そしてこのように作られたチューブの機械的
特性を非常に顕著に改良することができる方法に関する
ものである。本発明はさらに、このような方法に使用す
ることができる装置、およびこの方法を実施して製造さ
れるチューブに関するものである。
【０００３】
【従来技術および解決すべき課題】プラスチック材料の
押出し成型により製造されるチューブの機械耐性の改良
は、これらチューブの製造者、およびユーザーの関心事
であり、これらチューブは主として破裂に対する抵抗
性、および内圧下におけるクリープに対する耐性により
特徴づけられる。
押出し成型により製造されるチューブの機械耐性の改良
は、これらチューブの製造者、およびユーザーの関心事
であり、これらチューブは主として破裂に対する抵抗
性、および内圧下におけるクリープに対する耐性により
特徴づけられる。
【０００４】一次の近似として、内圧（Ｐ）の下で半径
に対して薄い厚味のチューブ内に発生する応力は次式に
より与えられる。
に対して薄い厚味のチューブ内に発生する応力は次式に
より与えられる。
【０００５】 外力は縦方向におけるよりも半径方向における方が約２
倍大である。
倍大である。
【０００６】内圧Ｐを受けたチューブの形態に於いて、
均質かつ等方性の（即ち、その機械的特性は外力の方向
には無関係である）材料に対しては、破壊はチューブの
膨張と破裂として現われ、裂け目は縦方向に伝播する。
均質かつ等方性の（即ち、その機械的特性は外力の方向
には無関係である）材料に対しては、破壊はチューブの
膨張と破裂として現われ、裂け目は縦方向に伝播する。
【０００７】ガラス短繊維により補強されたプラスチッ
ク材料の単純押出し成型では、このように製造されたチ
ューブの特性は何ら改良されない。実際その時、繊維は
流れの方向に配向する傾向を有し、その時補強の効果
は、むしろ最も作用を受けない縦方向に顕著であるの
に、半径方向に於てはその材料の機械的特性は比較的少
ししか改良されない。
ク材料の単純押出し成型では、このように製造されたチ
ューブの特性は何ら改良されない。実際その時、繊維は
流れの方向に配向する傾向を有し、その時補強の効果
は、むしろ最も作用を受けない縦方向に顕著であるの
に、半径方向に於てはその材料の機械的特性は比較的少
ししか改良されない。
【０００８】主として繊維を円周方向に配向させること
が必要なために、チューブの製造者は予め押出し成型さ
れたチューブの上に付加された連続繊維、例えば糸巻き
を用いる。例えば特許ＢＥ−６８４，１０２が知られて
いるが、その中では予め押出し成型されたチューブの上
に連続繊維リボンを糸巻きにより配置し、そしてこのリ
ボンを、山形ヘッドを有する押出し成型機により置かれ
た第２プラスチック層で覆っている。同様に、特許ＧＢ
−１，０５２，８８４が知られているが、その中では常
に、予め押出し成型されたチューブの上に補強用繊維よ
りなるチューブ状の繊維被覆を配置し、そしてこの編組
被覆を山形ヘッドを有する押出し成型による第２プラス
チック層により覆っている。これらの技法は効果的にチ
ューブの補強を得ることができるが、しかしながらまだ
実施には費用がかかる。何故ならば、それは２台の押出
し成型機（その１台は山形ヘッドを備えているもの）、
糸巻き機または編組機、および編組または糸巻作業の間
のチューブ内側の支持体保持装置を必要とし、これらは
異なったプラスチック層間の互いの良好な密着性を確保
するためには比較的複雑となり得るからである。
が必要なために、チューブの製造者は予め押出し成型さ
れたチューブの上に付加された連続繊維、例えば糸巻き
を用いる。例えば特許ＢＥ−６８４，１０２が知られて
いるが、その中では予め押出し成型されたチューブの上
に連続繊維リボンを糸巻きにより配置し、そしてこのリ
ボンを、山形ヘッドを有する押出し成型機により置かれ
た第２プラスチック層で覆っている。同様に、特許ＧＢ
−１，０５２，８８４が知られているが、その中では常
に、予め押出し成型されたチューブの上に補強用繊維よ
りなるチューブ状の繊維被覆を配置し、そしてこの編組
被覆を山形ヘッドを有する押出し成型による第２プラス
チック層により覆っている。これらの技法は効果的にチ
ューブの補強を得ることができるが、しかしながらまだ
実施には費用がかかる。何故ならば、それは２台の押出
し成型機（その１台は山形ヘッドを備えているもの）、
糸巻き機または編組機、および編組または糸巻作業の間
のチューブ内側の支持体保持装置を必要とし、これらは
異なったプラスチック層間の互いの良好な密着性を確保
するためには比較的複雑となり得るからである。
【０００９】同様に、特許ＵＳ−３，５０８，２９７が
知られているが、これには山形ヘッドを有する押出し成
型ダイの中へ、チューブ状編組被覆を直接通すこと、お
よび強化されたチューブを形成するために、この編組被
覆をプラスチック層により覆うことが記述されている。
この装置は実施が困難である。その理由は主としてその
ダイの中へ、その溶融した、かつダイ中に存在する圧力
下にあるプラスチック材料に対して気密性を完全に確保
しながら、編組被覆チューブを通すことができる非常に
特別な機械設備を必要とするからである。さらに、その
編組被覆チューブの製造、供給および保持の装置がその
押出し成型機の上流で必要とするからである。
知られているが、これには山形ヘッドを有する押出し成
型ダイの中へ、チューブ状編組被覆を直接通すこと、お
よび強化されたチューブを形成するために、この編組被
覆をプラスチック層により覆うことが記述されている。
この装置は実施が困難である。その理由は主としてその
ダイの中へ、その溶融した、かつダイ中に存在する圧力
下にあるプラスチック材料に対して気密性を完全に確保
しながら、編組被覆チューブを通すことができる非常に
特別な機械設備を必要とするからである。さらに、その
編組被覆チューブの製造、供給および保持の装置がその
押出し成型機の上流で必要とするからである。
【００１０】このタイプの方法は常に補強用の連続繊維
の取扱いに関連し、そしてこの方法の各種段階において
置かれる各種の層の間の良好な密着性を得る必要性に関
連する補足的な設備および投資を必要とする。
の取扱いに関連し、そしてこの方法の各種段階において
置かれる各種の層の間の良好な密着性を得る必要性に関
連する補足的な設備および投資を必要とする。
【００１１】プラスチック材料を補強するために不連続
繊維を用いれば、これらの欠点は存在しなくなる。
繊維を用いれば、これらの欠点は存在しなくなる。
【００１２】実際、不連続繊維により補強された材料は
大きな困難もなく押出し成型可能であり、また特許ＧＢ
−２，１８２，６０３には、例えばコンフォメータ上に
チューブを張付けるようにする内圧をかけることによっ
てチューブを膨張させることを伴う従来の押出し成型に
よるチューブの製造が記述されている。チューブの膨張
は縦方向の伸びと、半径方向の大きな伸びを強制し、こ
のために一部の繊維が円周方向に配向するのを助長する
が、しかし大気圧において繊維とポリマー材料との間の
界面の領域における密着性の弱化を伴う。
大きな困難もなく押出し成型可能であり、また特許ＧＢ
−２，１８２，６０３には、例えばコンフォメータ上に
チューブを張付けるようにする内圧をかけることによっ
てチューブを膨張させることを伴う従来の押出し成型に
よるチューブの製造が記述されている。チューブの膨張
は縦方向の伸びと、半径方向の大きな伸びを強制し、こ
のために一部の繊維が円周方向に配向するのを助長する
が、しかし大気圧において繊維とポリマー材料との間の
界面の領域における密着性の弱化を伴う。
【００１３】同様に、特許ＵＳ−３，６０５，１８９が
知られており、これは従来の幾何学的形状であるが回転
するマンドレルを備えたダイ管を使用する。
知られており、これは従来の幾何学的形状であるが回転
するマンドレルを備えたダイ管を使用する。
【００１４】従って、半径方向における剪断作用が流れ
の方向における正規の剪断作用に重なり、そして繊維の
少なくとも一部を流れの中心線に垂直な円周方向に配向
させる傾向がある。この場合、その配向は主としてこれ
らの剪断作用の相対的な強さによって変る。マンドレル
の一定した回転速度のために、例えばそのダイを通過す
る流量を増して縦方向における剪断作用の割合が増せ
ば、その配向効果は減少する。
の方向における正規の剪断作用に重なり、そして繊維の
少なくとも一部を流れの中心線に垂直な円周方向に配向
させる傾向がある。この場合、その配向は主としてこれ
らの剪断作用の相対的な強さによって変る。マンドレル
の一定した回転速度のために、例えばそのダイを通過す
る流量を増して縦方向における剪断作用の割合が増せ
ば、その配向効果は減少する。
【００１５】同様に、特許ＵＳ−Ａ−４，０５６，５９
１が知られているが、これはダイの先端に、出口と入口
の環状断面の面積比が２より大きいことを特徴とする末
広部領域を用いている。この装置においては、流れてい
る材料は、ダイの壁に沿って流れの方向に剪断作用を及
ぼされ、その末広部では横方向の伸張作用を及ぼされ
る。このように製造されたチューブを観察すると、壁の
厚さの中心部では流れに対して垂直であるが、チューブ
の壁においては縦方向に配向した繊維が見出される。そ
のチューブの機械的特性は不充分である。
１が知られているが、これはダイの先端に、出口と入口
の環状断面の面積比が２より大きいことを特徴とする末
広部領域を用いている。この装置においては、流れてい
る材料は、ダイの壁に沿って流れの方向に剪断作用を及
ぼされ、その末広部では横方向の伸張作用を及ぼされ
る。このように製造されたチューブを観察すると、壁の
厚さの中心部では流れに対して垂直であるが、チューブ
の壁においては縦方向に配向した繊維が見出される。そ
のチューブの機械的特性は不充分である。
【００１６】この方法に対する改良が特許ＵＳ−Ａ−
４，８８３，６２２中に記述されており、そしてその改
良は剪断作用の集中するチューブの壁におけるある薄い
厚さの領域を物理的に分離することから成り立ってい
る。この領域においては、充填物のないポリマーが流
れ、しかるに一方では、中央領域においては充填物のあ
るポリマーが流れ、この充填物入りポリマーには剪断作
用が及ぼされずに横方向の伸張作用が応用される。
４，８８３，６２２中に記述されており、そしてその改
良は剪断作用の集中するチューブの壁におけるある薄い
厚さの領域を物理的に分離することから成り立ってい
る。この領域においては、充填物のないポリマーが流
れ、しかるに一方では、中央領域においては充填物のあ
るポリマーが流れ、この充填物入りポリマーには剪断作
用が及ぼされずに横方向の伸張作用が応用される。
【００１７】このタイプの複合押出し成型装置は、流れ
に対して垂直に配向した繊維の含有量を増すことがで
き、従ってチューブの抵抗力を増すことができる。しか
しながら、この抵抗力を厚さの単位によって材料の量と
関連づけると、充填物のない円周の材料層は補強には寄
与しないという理由で、この方法はあまり有利ではない
ものとなる。さらに、複合押出し成型の投資費用ががか
ることもまた、この方法を不利にする。
に対して垂直に配向した繊維の含有量を増すことがで
き、従ってチューブの抵抗力を増すことができる。しか
しながら、この抵抗力を厚さの単位によって材料の量と
関連づけると、充填物のない円周の材料層は補強には寄
与しないという理由で、この方法はあまり有利ではない
ものとなる。さらに、複合押出し成型の投資費用ががか
ることもまた、この方法を不利にする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】今、繊維を充填された熱
可塑性材料の押出し成型によりチューブを製造する新し
い方法が見出だされた。それはその材料の適切な配合と
特別なダイの幾何学的形状とを組み合わせて、運転を非
常に簡単にすると同時に、また繊維を円周方向に、流れ
に垂直に配向させることによって、内圧をかけられたチ
ューブの破裂に対する抵抗性を改善することができるも
のである。
可塑性材料の押出し成型によりチューブを製造する新し
い方法が見出だされた。それはその材料の適切な配合と
特別なダイの幾何学的形状とを組み合わせて、運転を非
常に簡単にすると同時に、また繊維を円周方向に、流れ
に垂直に配向させることによって、内圧をかけられたチ
ューブの破裂に対する抵抗性を改善することができるも
のである。
【００１９】従って本発明は、方法について、装置につ
いて、および前記方法を実施して製造されたチューブに
ついて記載している。
いて、および前記方法を実施して製造されたチューブに
ついて記載している。
【００２０】本発明のこれらの見地は本明細書の添付図
面と関連して下記に記載される。−図１は、末広部を有
するダイの末端領域の縦断面図を示している；この図は
前記末端領域の幾何学的形状を特徴づけている各種パラ
メータを明示するための参照として役立つ。図１Ａは４
分円に限定された前記領域の端面図である。−図２は実
施例１および２（ダイNo. １）中に使われた末広部を有
するダイの末端領域の縦断面を示す。−図３は図２のダ
イの末広部とは異なった幾何学的形状の末広部の断面を
示す。−図４は実施例３（ダイNo. ２）において使われ
た、本発明による変形された末広部を有するダイの縦断
面を示す。図４Ａは図４のＡ部の拡大図である。
面と関連して下記に記載される。−図１は、末広部を有
するダイの末端領域の縦断面図を示している；この図は
前記末端領域の幾何学的形状を特徴づけている各種パラ
メータを明示するための参照として役立つ。図１Ａは４
分円に限定された前記領域の端面図である。−図２は実
施例１および２（ダイNo. １）中に使われた末広部を有
するダイの末端領域の縦断面を示す。−図３は図２のダ
イの末広部とは異なった幾何学的形状の末広部の断面を
示す。−図４は実施例３（ダイNo. ２）において使われ
た、本発明による変形された末広部を有するダイの縦断
面を示す。図４Ａは図４のＡ部の拡大図である。
【００２１】一般的には、本発明の方法は次のことを含
む、繊維を充填された熱可塑性材料の押出し成型による
チューブの製造方法として定義することができる。
む、繊維を充填された熱可塑性材料の押出し成型による
チューブの製造方法として定義することができる。
【００２２】(a) 繊維を充填された熱可塑性材料を押
出し成型機へ供給すること。この押出し成型機のダイ
は、末広の末端領域（以後これを「末広部」と名づけ
る）を有し、以下「ダイ支持体」と名づけられる従来の
ダイ管に取付けられている。 (b) 前記充填物入り熱可塑性材料を軟化温度に少なく
とも等しい温度に加熱すること。 (c) 前記材料をダイを通して末広の末端領域へ通すこ
と。
出し成型機へ供給すること。この押出し成型機のダイ
は、末広の末端領域（以後これを「末広部」と名づけ
る）を有し、以下「ダイ支持体」と名づけられる従来の
ダイ管に取付けられている。 (b) 前記充填物入り熱可塑性材料を軟化温度に少なく
とも等しい温度に加熱すること。 (c) 前記材料をダイを通して末広の末端領域へ通すこ
と。
【００２３】この方法は次のことが特徴である。即ち、
前記末端領域が末広の環状の流れ空間を有し、その空間
がその出口面積Ａｓとその入口面積Ａｅとの比Ａｓ／Ａ
ｅが少なくとも１．２であり、かつ前記末広部領域の出
口の環状空間の内側部分の奥行きｌと、前記環状空間の
垂直断面の幅ｅとの比が５より小さく、好ましくは１．
５より小さいこと、かつまた、工程(c) が押出し成型の
間に使われる温度において、前記熱可塑性材料と相溶性
のない潤滑剤の役目を果す少なくとも１つの液体物質の
存在下に実施されること、および前記潤滑剤は前記流れ
空間の外側壁のレベルと内側壁のレベルに存在している
こと。
前記末端領域が末広の環状の流れ空間を有し、その空間
がその出口面積Ａｓとその入口面積Ａｅとの比Ａｓ／Ａ
ｅが少なくとも１．２であり、かつ前記末広部領域の出
口の環状空間の内側部分の奥行きｌと、前記環状空間の
垂直断面の幅ｅとの比が５より小さく、好ましくは１．
５より小さいこと、かつまた、工程(c) が押出し成型の
間に使われる温度において、前記熱可塑性材料と相溶性
のない潤滑剤の役目を果す少なくとも１つの液体物質の
存在下に実施されること、および前記潤滑剤は前記流れ
空間の外側壁のレベルと内側壁のレベルに存在している
こと。
【００２４】本発明による、チューブを製造するために
用いられる熱可塑性材料は、例えば次のものから成り得
る： ポリエチレン ポリプロピレン ポリ（塩化ビニル） ポリアミド ポリ（ブタンジオール−１，４−テレフタレート） ポリ（エチレングリコールテレフタレート） ポリ（フッ化ビニリデン） または各種のゴム類。
用いられる熱可塑性材料は、例えば次のものから成り得
る： ポリエチレン ポリプロピレン ポリ（塩化ビニル） ポリアミド ポリ（ブタンジオール−１，４−テレフタレート） ポリ（エチレングリコールテレフタレート） ポリ（フッ化ビニリデン） または各種のゴム類。
【００２５】使用される熱可塑性材料に応じて、押出し
成型の温度は、例えば１６０〜２８０℃であり得るであ
ろう。
成型の温度は、例えば１６０〜２８０℃であり得るであ
ろう。
【００２６】更に、その熱可塑性材料の補強用の充填物
を構成している繊維は、例えばガラス、ケヴラーＫｅｖ
ｌａｒ（登録商標）のような芳香族ポリアミド、炭素、
ほう素またはセラミック材料の繊維で構成することがで
きる。最も多くの場合使われるのはガラス繊維である。
その繊維は一般に長さが大きくとも１cmで、その長さ／
直径の比は少なくとも１０である。これらの繊維は熱可
塑性材料へ、一般に５〜４０重量％の割合で、より詳し
くは、２０〜３０重量％の割合で混入される。
を構成している繊維は、例えばガラス、ケヴラーＫｅｖ
ｌａｒ（登録商標）のような芳香族ポリアミド、炭素、
ほう素またはセラミック材料の繊維で構成することがで
きる。最も多くの場合使われるのはガラス繊維である。
その繊維は一般に長さが大きくとも１cmで、その長さ／
直径の比は少なくとも１０である。これらの繊維は熱可
塑性材料へ、一般に５〜４０重量％の割合で、より詳し
くは、２０〜３０重量％の割合で混入される。
【００２７】図１および図１Ａを参照すると、ダイに取
付けられた末広部の入口の面積Ａｅは、内側半径として
Ｒｉｅを、外側半径としてＲｅｅを有する環状断面の面
積、即ち従ってπ（Ｒｅｅ ２ −Ｒｉｅ ２ ）であるこ
とがわかる。同様に、末広部の出口の面積Ａｓは内側半
径としてＲｉｓを、外側半径としてＲｅｓを有する環状
断面の面積、即ち従ってその面積はπ（Ｒｅｓ ２ −Ｒ
ｉｓ ２ ）である。比Ａｓ／Ａｅは少なくとも１．２で
ある。
付けられた末広部の入口の面積Ａｅは、内側半径として
Ｒｉｅを、外側半径としてＲｅｅを有する環状断面の面
積、即ち従ってπ（Ｒｅｅ ２ −Ｒｉｅ ２ ）であるこ
とがわかる。同様に、末広部の出口の面積Ａｓは内側半
径としてＲｉｓを、外側半径としてＲｅｓを有する環状
断面の面積、即ち従ってその面積はπ（Ｒｅｓ ２ −Ｒ
ｉｓ ２ ）である。比Ａｓ／Ａｅは少なくとも１．２で
ある。
【００２８】同様に、次式により規定される末広部の幾
何学的形状の特徴的な大きさを考慮に入れることができ
る：
何学的形状の特徴的な大きさを考慮に入れることができ
る：
【数１】 ここに、ＡｓとＡｅは前記のように定義され、またＲｓ
とＲｅはそれぞれその末広部の出口の平均半径と入口の
平均半径を示す。この大きさは有利には少なくとも１．
５である。
とＲｅはそれぞれその末広部の出口の平均半径と入口の
平均半径を示す。この大きさは有利には少なくとも１．
５である。
【００２９】本発明の好ましい実施態様に従えば、押出
成型機のダイに取り付けられた末広素子は図１および図
１Ａに関連して下記に示される特別な特性を示すことが
できる。
成型機のダイに取り付けられた末広素子は図１および図
１Ａに関連して下記に示される特別な特性を示すことが
できる。
【００３０】・末広部の出口断面の内側半径Ｒｉｓ
と、前記末広部の入口断面の外側半径Ｒｅｅとの比は少
なくとも１である。
と、前記末広部の入口断面の外側半径Ｒｅｅとの比は少
なくとも１である。
【００３１】・ダイの中心線の方向と末広部領域中の
材料の流れの方向２とにより作る角度θは少なくとも６
０°である。この角度は９０°まですることができる。
図２および図４に示されている末広素子の場合には、そ
の角度θは９０°であり、図３の末広素子の場合には、
その角度θは６５°である。
材料の流れの方向２とにより作る角度θは少なくとも６
０°である。この角度は９０°まですることができる。
図２および図４に示されている末広素子の場合には、そ
の角度θは９０°であり、図３の末広素子の場合には、
その角度θは６５°である。
【００３２】繊維を充填されたポリマーと末広のダイの
金属壁との界面に、粘度の小さな、かつそのポリマーの
押出し成型の温度では前記ポリマーと相溶性のない液体
物質が導入される。この物質は潤滑剤として働くが、押
出されるポリマーの１００ｇにつき、例えば０．０１〜
２．５cm3 の割合で導入され得る。
金属壁との界面に、粘度の小さな、かつそのポリマーの
押出し成型の温度では前記ポリマーと相溶性のない液体
物質が導入される。この物質は潤滑剤として働くが、押
出されるポリマーの１００ｇにつき、例えば０．０１〜
２．５cm3 の割合で導入され得る。
【００３３】その液体潤滑性化合物の特徴は、例えば充
填物入りポリマーの粘度より５０倍低い粘度であるこ
と、かつ溶解度のパラメータが各々のポリマーの溶解度
のパラメータ −４より低く、またはそのポリマーの溶
解度のパラメータ＋４より高いことである。特にそれは
平均分子量が４００〜１０，０００のポリエチレングリ
コールで構成され得る。
填物入りポリマーの粘度より５０倍低い粘度であるこ
と、かつ溶解度のパラメータが各々のポリマーの溶解度
のパラメータ −４より低く、またはそのポリマーの溶
解度のパラメータ＋４より高いことである。特にそれは
平均分子量が４００〜１０，０００のポリエチレングリ
コールで構成され得る。
【００３４】本発明の方法の第１の変形例に従えば、そ
の潤滑性化合物は、例えば顆粒状形態の充填物入りのポ
リマーと共に、押出し成型機の供給ホッパー中へ直接導
入することができる。その時、この化合物が押出し成型
機のある箇所に蓄積するのを避けるために、その顆粒状
物の表面におけるそれの分布が均一であることを確認す
ることが望ましい。
の潤滑性化合物は、例えば顆粒状形態の充填物入りのポ
リマーと共に、押出し成型機の供給ホッパー中へ直接導
入することができる。その時、この化合物が押出し成型
機のある箇所に蓄積するのを避けるために、その顆粒状
物の表面におけるそれの分布が均一であることを確認す
ることが望ましい。
【００３５】本発明の第２の変形例に従えば、改造され
た装置が用いられるが、その装置はダイ支持体と、その
末広部領域との接合面に、その潤滑性化合物を導入する
ことができるものである。この装置は本発明の１つの目
的を構成する。それは添付の図４および図４Ａに関連し
て下記に記載される。
た装置が用いられるが、その装置はダイ支持体と、その
末広部領域との接合面に、その潤滑性化合物を導入する
ことができるものである。この装置は本発明の１つの目
的を構成する。それは添付の図４および図４Ａに関連し
て下記に記載される。
【００３６】この装置で使われる末広素子は、本発明の
方法の記載中に既述のように規定されている幾何学的な
特徴を示す。即ち、流れ空間の入口の環状断面の面積Ａ
ｅと、前記流れ空間の出口の環状断面の面積Ａｓとの間
の比が少なくとも１．２で、かつその末広部領域の出口
の環状空間の内側部分の奥行きｌと、前記出口空間の垂
直断面の幅ｅとの比は５より小さく、好ましくは１．５
より小さい。
方法の記載中に既述のように規定されている幾何学的な
特徴を示す。即ち、流れ空間の入口の環状断面の面積Ａ
ｅと、前記流れ空間の出口の環状断面の面積Ａｓとの間
の比が少なくとも１．２で、かつその末広部領域の出口
の環状空間の内側部分の奥行きｌと、前記出口空間の垂
直断面の幅ｅとの比は５より小さく、好ましくは１．５
より小さい。
【００３７】更に、熱可塑性材料の流れ空間の外側壁に
は、潤滑性化合物が供給される穿孔(3) があり、その孔
は分配管(4) につながっていて、この管は前記外側壁上
に通じる洩れ口(5) を含んでいる。
は、潤滑性化合物が供給される穿孔(3) があり、その孔
は分配管(4) につながっていて、この管は前記外側壁上
に通じる洩れ口(5) を含んでいる。
【００３８】その内側壁の供給孔としては、従来型のダ
イ上にある流路(6)が使われ、そしてその流路は大気圧
へ押出されたチューブの内部を保持するのに役立ってい
る。図４Ａに見られるように、流路(6) は前記内側壁上
に通じる洩れ口(8) を持った分配管(7) につながってい
る。更に、流路(6) はマンドレルの保持用ファンを通っ
て外部に通じる。このダイの後者の部分は図４には示さ
れていない。
イ上にある流路(6)が使われ、そしてその流路は大気圧
へ押出されたチューブの内部を保持するのに役立ってい
る。図４Ａに見られるように、流路(6) は前記内側壁上
に通じる洩れ口(8) を持った分配管(7) につながってい
る。更に、流路(6) はマンドレルの保持用ファンを通っ
て外部に通じる。このダイの後者の部分は図４には示さ
れていない。
【００３９】末広部とダイを含めた全体の気密性を確保
するために、特にその潤滑剤が装置の外部へ洩れ出すの
を防ぐために、一般にはダイ支持体と末広部との間に、
そのダイの中心線に対して、そこにある分配管(4) の距
離より大きな距離を離して、環状のパッキング(9) が配
置される。
するために、特にその潤滑剤が装置の外部へ洩れ出すの
を防ぐために、一般にはダイ支持体と末広部との間に、
そのダイの中心線に対して、そこにある分配管(4) の距
離より大きな距離を離して、環状のパッキング(9) が配
置される。
【００４０】潤滑剤の供給、およびその規則正しい流量
は、１つまたは複数のポンプ、好ましくは定量型（ギア
・ポンプ）により確保される。
は、１つまたは複数のポンプ、好ましくは定量型（ギア
・ポンプ）により確保される。
【００４１】上記された装置を用いる時には、ダイの壁
に潤滑剤を供給できる洩れ口(5) および洩れ口(8) 中に
ポリマーが逆流するのを防ぐ必要がある。ダイ支持体上
の末広部領域の締め付け装置上で正常に作動するように
洩れ口の領域の厚さを調節することができる。
に潤滑剤を供給できる洩れ口(5) および洩れ口(8) 中に
ポリマーが逆流するのを防ぐ必要がある。ダイ支持体上
の末広部領域の締め付け装置上で正常に作動するように
洩れ口の領域の厚さを調節することができる。
【００４２】洩れ口の厚さは約０．１mm程度であり、そ
してその設備の始動時には、先ず押出される充填物入り
材料が流れ始める前に、その末広部領域に潤滑剤を供給
する必要がある。
してその設備の始動時には、先ず押出される充填物入り
材料が流れ始める前に、その末広部領域に潤滑剤を供給
する必要がある。
【００４３】その時、潤滑剤の流量は、導入される潤滑
剤の量が、押出される熱可塑性材料１００ｇに対して
０．０１〜２．５cm3 となるように、押出される熱可塑
性材料の流量に応じて調節される。
剤の量が、押出される熱可塑性材料１００ｇに対して
０．０１〜２．５cm3 となるように、押出される熱可塑
性材料の流量に応じて調節される。
【００４４】押出し成型機の供給ホッパー中へそれを導
入する時、押出される材料に直接潤滑剤を混ぜる時、ま
たはダイ支持体と末広素子との間の接合面に潤滑剤を導
入するために改良された装置を用いる時には、導入され
る潤滑剤の割合は有利には比較的少なく、例えば押出さ
れる熱可塑性材料１００ｇにつき１．５cm3 以下にとど
める。実際、潤滑剤の割合が増すにつれて、潤滑剤とポ
リマー材料との不混和性に関連する、より詳しくは、そ
れらの間の大きな粘度差に関連する流れの不安定性に遭
遇することがある。これらの不安定性は、潤滑剤および
ポリマーの優先的な、または不規則な流れとなって現わ
れる。
入する時、押出される材料に直接潤滑剤を混ぜる時、ま
たはダイ支持体と末広素子との間の接合面に潤滑剤を導
入するために改良された装置を用いる時には、導入され
る潤滑剤の割合は有利には比較的少なく、例えば押出さ
れる熱可塑性材料１００ｇにつき１．５cm3 以下にとど
める。実際、潤滑剤の割合が増すにつれて、潤滑剤とポ
リマー材料との不混和性に関連する、より詳しくは、そ
れらの間の大きな粘度差に関連する流れの不安定性に遭
遇することがある。これらの不安定性は、潤滑剤および
ポリマーの優先的な、または不規則な流れとなって現わ
れる。
【００４５】本発明の方法の利点は、この方法を実施す
ることによって驚く程に著しく改良される、押出し成型
されたチューブの表面状態に関係する。
ることによって驚く程に著しく改良される、押出し成型
されたチューブの表面状態に関係する。
【００４６】実際、チューブ形状に押出された、繊維を
充填されたポリマーは、一般に非常にきめの粗い表面を
示し、ある場合には表面に繊維が露出することがある。
充填されたポリマーは、一般に非常にきめの粗い表面を
示し、ある場合には表面に繊維が露出することがある。
【００４７】更に、例えば溶融した材料の滑りを改良す
るための、末広部領域の表面仕上げや、またはその領域
の表面処理の手法は、繊維の研磨剤的な性質のために
（このように製造された表面を繊維が傷め、または破壊
さえする）、非常に短時間しか有効でない。
るための、末広部領域の表面仕上げや、またはその領域
の表面処理の手法は、繊維の研磨剤的な性質のために
（このように製造された表面を繊維が傷め、または破壊
さえする）、非常に短時間しか有効でない。
【００４８】本発明の方法を特徴づける条件で押出され
た繊維を充填されたポリマーは、充填物のないポリマー
を押出し成型した時に得られる表面と同じような完全に
滑らかな表面を示す。
た繊維を充填されたポリマーは、充填物のないポリマー
を押出し成型した時に得られる表面と同じような完全に
滑らかな表面を示す。
【００４９】従って潤滑剤の導入はチューブ壁に、充填
物のないポリマーの連続層が出現するのを助長するよう
に思われるが、これはガラス繊維とガラス−ポリマーの
界面が、現用のチューブを取囲んでいる流体と直接接触
しないように隔離し、従ってこれのより良好な耐久性を
確保する利点を示す。
物のないポリマーの連続層が出現するのを助長するよう
に思われるが、これはガラス繊維とガラス−ポリマーの
界面が、現用のチューブを取囲んでいる流体と直接接触
しないように隔離し、従ってこれのより良好な耐久性を
確保する利点を示す。
【００５０】
【実施例】下記の実施例が本発明を例証する。
【００５１】［実施例１］試験１および２においては、
図２に示された末広部を備え、かつ次のような幾何学的
特性を有するダイ−管を備えた、スクリューの直径４５
mmで長さ２５Ｄの単軸スクリューの押出し成型機トレス
ター（ＴＲＯＥＳＴＥＲ）が用いられている。
図２に示された末広部を備え、かつ次のような幾何学的
特性を有するダイ−管を備えた、スクリューの直径４５
mmで長さ２５Ｄの単軸スクリューの押出し成型機トレス
ター（ＴＲＯＥＳＴＥＲ）が用いられている。
【００５２】・ 入口においては Ｒｉｅ：０．５cm Ｒｅｅ：０．９cm Ａｅ＝１．７５９cm 2 Ｒｅ（平均）：０．７cm・ 出口においては Ｒｉｓ：２．０cm Ｒｅｓ：２．２cm Ａｓ＝２．６３８cm 2 Ｒｓ（平均）：２．１cm
【数２】 角度θ＝９０° 。
【００５３】このダイを末広ダイNo. １と名付ける。
【００５４】試験３および４においては、同じ押出し成
型機が用いられるが、但し従来のチューブのダイが装着
されている。
型機が用いられるが、但し従来のチューブのダイが装着
されている。
【００５５】試験５においては、末広素子が取外された
No. １のダイが用いられている。その時チューブの形態
は、その材料の冷却を確実に行い、内部にかけられるチ
ューブを膨張させる圧力と、真空下のコンフォメータの
壁上にチューブを張付ける圧力とにより確保される。
No. １のダイが用いられている。その時チューブの形態
は、その材料の冷却を確実に行い、内部にかけられるチ
ューブを膨張させる圧力と、真空下のコンフォメータの
壁上にチューブを張付ける圧力とにより確保される。
【００５６】試験１、３および５においては、不連続ガ
ラス繊維を３０重量％充填されたポリプロピレンが２１
０°で押出される。
ラス繊維を３０重量％充填されたポリプロピレンが２１
０°で押出される。
【００５７】このポリプロピレンは１．１４の密度と、
ＡＳＴＭ規格Ｄ−１２３８に従って測定された流動指数
が５kgにおいて４ｇ／１０分を有する。この樹脂は商品
名ホスタレン（ＨＯＳＴＡＬＥＮ）ＰＰＮ ７７９０
ＧＶ ２／３０でヘキスト社により市販されている。
ＡＳＴＭ規格Ｄ−１２３８に従って測定された流動指数
が５kgにおいて４ｇ／１０分を有する。この樹脂は商品
名ホスタレン（ＨＯＳＴＡＬＥＮ）ＰＰＮ ７７９０
ＧＶ ２／３０でヘキスト社により市販されている。
【００５８】試験２および４においては、円筒容器付き
混合機中で、充填物入りポリプロピレン１００ｇに対し
て、分子量６，０００、溶融温度４５℃のポリエチレン
グリコール０．５cm3 が混合された同じポリプロピレン
が押出しされる。
混合機中で、充填物入りポリプロピレン１００ｇに対し
て、分子量６，０００、溶融温度４５℃のポリエチレン
グリコール０．５cm3 が混合された同じポリプロピレン
が押出しされる。
【００５９】次の表１中には、試験１〜５の各々に対し
て、押出成型の条件、および製造されたチューブの特
性、特に機械的特性が示されている。
て、押出成型の条件、および製造されたチューブの特
性、特に機械的特性が示されている。
【００６０】この表中で、σR は、ＭＰａで表わされて
いるが、半径方向におけるその材料の抵抗力であり、測
定された破裂の応力、平均半径Ｒｓおよびチューブの厚
さｅから計算されたもので、破断の伝播線上で次の式に
より計算されたものである： σR ＝（Ｐｃ×Ｒｓ）／ｅ
いるが、半径方向におけるその材料の抵抗力であり、測
定された破裂の応力、平均半径Ｒｓおよびチューブの厚
さｅから計算されたもので、破断の伝播線上で次の式に
より計算されたものである： σR ＝（Ｐｃ×Ｒｓ）／ｅ
【表１】 比較のために、同様に試験３のチューブについて、縦方
向で取出された試験片の引張り力に対する抵抗力が測定
されたが、この試験に対しては繊維は縦方向に配向され
ている。その抵抗力は７０ＭＰａである。この値はこの
材料を用いて到達し得る最高値である。
向で取出された試験片の引張り力に対する抵抗力が測定
されたが、この試験に対しては繊維は縦方向に配向され
ている。その抵抗力は７０ＭＰａである。この値はこの
材料を用いて到達し得る最高値である。
【００６１】表１を検討すれば、末広ダイと、その充填
物入りポリマーと非相溶性である潤滑剤の使用とを組み
合わせることによって（試験２）、この最高値に非常に
近い円周方向の応力の値が得られることが明らかに判明
する。加えて、チューブ表面の外観が良好であることが
認められる。
物入りポリマーと非相溶性である潤滑剤の使用とを組み
合わせることによって（試験２）、この最高値に非常に
近い円周方向の応力の値が得られることが明らかに判明
する。加えて、チューブ表面の外観が良好であることが
認められる。
【００６２】［実施例２］この実施例においては、既に
実施例１に記載された末広部を有するダイNo. １を備え
た押出し成型機を用いて、前記と同じ、ガラス繊維を充
填された、しかし予め各種の割合でポリエチレングリコ
ール６０００を混入させてあるポリプロピレンが押出さ
れた。
実施例１に記載された末広部を有するダイNo. １を備え
た押出し成型機を用いて、前記と同じ、ガラス繊維を充
填された、しかし予め各種の割合でポリエチレングリコ
ール６０００を混入させてあるポリプロピレンが押出さ
れた。
【００６３】各種試験の条件および結果が表２に示され
ているが、その中に実施例１の試験１および２が再掲載
されている。
ているが、その中に実施例１の試験１および２が再掲載
されている。
【００６４】表２に記載されている結果は、比較的大き
な潤滑剤含有量（２cm3 ／１００ｇ）については、流れ
の問題のためにチューブの機械的特性はあまり良くない
ことを示している。
な潤滑剤含有量（２cm3 ／１００ｇ）については、流れ
の問題のためにチューブの機械的特性はあまり良くない
ことを示している。
【００６５】
【表２】 ［実施例３］ この実施例では、押出し成型機は図４および図４Ａに示
されている改良された末広ダイ（ダイNo. ２）を備えて
いる。これらの幾何学的特性は次のとおりである：・ 入口において Ｒｉｅ：０．５cm Ｒｅｅ：０．９cm Ａｅ＝１．７５９cm 2 Ｒｅ（平均）：０．７cm・ 出口において Ｒｉｓ：１．８cm Ｒｅｓ：２．２cm Ａｓ＝５．０２６cm 2 Ｒｓ（平均）：２．０cm
されている改良された末広ダイ（ダイNo. ２）を備えて
いる。これらの幾何学的特性は次のとおりである：・ 入口において Ｒｉｅ：０．５cm Ｒｅｅ：０．９cm Ａｅ＝１．７５９cm 2 Ｒｅ（平均）：０．７cm・ 出口において Ｒｉｓ：１．８cm Ｒｅｓ：２．２cm Ａｓ＝５．０２６cm 2 Ｒｓ（平均）：２．０cm
【数３】 角度θ＝９０° 。
【００６６】押出される材料は実施例１および実施例２
と同じ、ガラス繊維を充填されたポリプロピレンであ
る。ダイ中の流量は押出し成型機のスクリューの回転速
度により調節することができる。
と同じ、ガラス繊維を充填されたポリプロピレンであ
る。ダイ中の流量は押出し成型機のスクリューの回転速
度により調節することができる。
【００６７】末広ダイはファインプルッフＦＥＩＮＰＲ
ＵＦ（登録商標）というギア・ポンプにより潤滑剤（平
均分子量４００のポリエチレングリコール）を、その試
験によって変えるが、ポリマー１００ｇにつき０．１〜
２．５cm3 の流量を確保して供給されている。試験９は
潤滑剤なしで実施されている。
ＵＦ（登録商標）というギア・ポンプにより潤滑剤（平
均分子量４００のポリエチレングリコール）を、その試
験によって変えるが、ポリマー１００ｇにつき０．１〜
２．５cm3 の流量を確保して供給されている。試験９は
潤滑剤なしで実施されている。
【００６８】
【表３】 押出し成型の条件と製造されたチューブの特性が、表３
に示されている。
に示されている。
【００６９】表３によると試験１０〜１２については良
好な機械的特性を示している。試験１３および１４で
は、実際上一定（約１１０ｇ／分）のポリマー流量であ
りながら、潤滑剤流量が２cm3 ／分から増加するにつれ
て、機械的特性が段々低下するようになる。この機械的
特性の低下はポリマーと潤滑剤の各々の流れが不安定な
ために起っている。ポリマーに対して潤滑剤の相対的流
量を減少させれば、例えば試験１５〜１７におけるよう
に（これらにおいては円周方向の応力は再び満足な値を
とっている）、ポリマーの流量を増せば、これらの難点
は弱まる。
好な機械的特性を示している。試験１３および１４で
は、実際上一定（約１１０ｇ／分）のポリマー流量であ
りながら、潤滑剤流量が２cm3 ／分から増加するにつれ
て、機械的特性が段々低下するようになる。この機械的
特性の低下はポリマーと潤滑剤の各々の流れが不安定な
ために起っている。ポリマーに対して潤滑剤の相対的流
量を減少させれば、例えば試験１５〜１７におけるよう
に（これらにおいては円周方向の応力は再び満足な値を
とっている）、ポリマーの流量を増せば、これらの難点
は弱まる。
【００７０】
【発明の効果】本発明によると、機械耐性が非常に優れ
た熱可塑性樹脂製チューブを製造することができる。
た熱可塑性樹脂製チューブを製造することができる。
【図１】図１−本発明によるダイの末端領域の縦断面図
である。図１Ａ−４分円に限定された前記領域の端面図
である。
である。図１Ａ−４分円に限定された前記領域の端面図
である。
【図２】本発明によるダイの末端領域の縦断面図であ
る。
る。
【図３】本発明によるダイの末端領域の縦断面図であ
る。
る。
【図４】図４−本発明によるダイの末端領域の縦断面図
である。図４Ａ−図４のＡ部の拡大図である。
である。図４Ａ−図４のＡ部の拡大図である。
Ｒｉｓ…出口断面の内側半径 Ｒｅｓ…出口断面の外側半径 Ｒｉｅ…入口断面の内側半径 Ｒｅｅ…入口断面の外側半径 Ｒｓ…出口の平均半径 Ｒｅ…入口の平均半径 θ…角度 ｌ…出口の環状空間の内側部分の奥行き ｅ…前記空間の垂直断面の幅 (3) …穿孔 (4) …分配管 (5) …洩れ口 (6) …流路 (7) …分配管 (8) …洩れ口
フロントページの続き (72)発明者 ジル オジア フランス国 アンチーブ シュマン ド ゥ サン ブシェール 70 (72)発明者 ミシェル ヴァンサン フランス国 ヴィル ヌーヴ ルーベ アヴニュー デュ ブーケ ローレ デ ュ ボア アントレ ア （無番地) (72)発明者 フランソワ ダヴァン フランス国 ブジヴァル リュ ルイ パストゥール １ レジダーンス ラ フイエーレ （無番地) (56)参考文献 特開 昭50−97654（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−1531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−56864（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−126361（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−128719（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−42071（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (9)
- 【請求項１】 不連続繊維を充填された熱可塑性材料を
末広の末端領域を有するダイを通して押出し成型するチ
ューブの製造方法であって、前記末端領域が末広の環状
の流れ空間を含み、その出口の面積Ａｓと入口の面積Ａ
ｅとの間に少なくとも１．２のＡｓ／Ａｅ比を示し、か
つその末広部領域の出口の環状空間の内側部分の奥行き
ｌと前記空間の垂直断面の幅ｅとの比が５以下であるこ
と、および前記熱可塑性材料の前記末広の末端領域を通
る通過が、粘度の小さなかつ押出し成型中に作用する温
度においては前記熱可塑性材料とは相溶性のない液体物
質よりなる少なくとも１つの潤滑剤（前記潤滑剤は前記
流れ空間の外側壁のレベルと内側壁のレベルに存在し、
前記熱可塑性材料１００ｇにつき０．０１〜１．５cm
３ の割合で導入される）の存在下に実施されることを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記熱可塑性材料がポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリアミド、ポリ
（ブタンジオール−１，４−テレフタレート、ポリ（エ
チレングリコールテレフタレート）、ポリ（フッ化ビニ
リデン）およびゴム類よりなる群から選ばれる、請求項
１による方法。 - 【請求項３】 繊維がガラス、芳香族ポリアミド、炭
素、ほう素、またはセラミック材料の繊維によりなる群
から選ばれ、その長さが大きくとも１cmで、長さ／直径
の比が少なくとも１０で、かつ前記熱可塑性材料に対し
て５〜４０重量％の割合で混入される、請求項１または
２による方法。 - 【請求項４】 前記末広部領域の出口断面の内側半径Ｒ
ｉｓと入口断面の外側半径Ｒｅｅとの比が少なくとも１
で、ダイの中心線の方向と末広部領域中の材料の流れ方
向とにより作られる角θが６０°〜９０°であることを
特徴とする、請求項１〜３のうちの１つによる方法。 - 【請求項５】 末広部領域の出口の環状空間の内側部分
の奥行きｌと、前記空間の垂直断面の幅ｅとの比率が
１．５より小さいことを特徴とする、請求項１〜４のう
ちの１つによる方法。 - 【請求項６】 前記液体物質が平均分子量４００〜１
０，０００のポリエチレングリコールからなることを特
徴とする、請求項１〜５のうちの１つによる方法。 - 【請求項７】 前記潤滑剤が押出し成型機への供給時
に、押出される熱可塑性材料との混合物として導入され
ることを特徴とする、請求項１〜６のうちの１つによる
方法。 - 【請求項８】 ダイと末広の末端領域との間の接合面に
前記潤滑剤が、一方では、前記外側壁上に通じる洩れ口
(5) を有する分配管(4) につながった穿孔(3) により熱
可塑性材料の流れの空間の外側壁へ向って選ばれ、また
他方では、大気圧に押出されたチューブの内部を保持す
るために、別に設けられた軸上の流路(6) （前記流路
(6) は前記内側壁上に通じる洩れ口(8) を有する分配管
(7) につながっている）により熱可塑性材料の前記流れ
の空間の内側壁の方へ運ばれることを特徴とする、請求
項１〜６のうちの１つによる方法。 - 【請求項９】 請求項１〜８のうちの１つによる方法に
より製造される、不連続繊維を充填された熱可塑性材料
製の押出し成型チューブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9102894 | 1991-03-07 | ||
| FR9102894A FR2673569B1 (fr) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | Procede de fabrication de tubes en materiaux thermoplastiques renforces par des fibres a orientation controlee et appareillage pour sa mise en óoeuvre. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320824A JPH04320824A (ja) | 1992-11-11 |
| JP3225319B2 true JP3225319B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=9410575
Family Applications (1)
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