JP3375375B2 - 繊維強化樹脂管状体の製造方法 - Google Patents
繊維強化樹脂管状体の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水道管等の高内圧管やそ
の継手等に使用する繊維強化樹脂管状体の製造方法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】繊維強化樹脂管状体（以下、繊維強化樹
脂をFRP と称する）においては、合成樹脂管状体の耐腐
食性、軽量性等に加え、内圧( 引張り) 強度、衝撃強度
等に優れており、各種製品に多量に使用されている。 【０００３】このFRP 管状体中、樹脂を含浸した連続繊
維をマンドレルに巻回・積層し、樹脂の硬化後、マンド
レルを脱型して製造する管状体、すなわち、フィラメン
トワィンディング法（以下、FW法と称する）により成形
したFRP 管状体においては、連続方式であり、生産性に
優れ、かつ、繊維に内圧フ−プストレスを効果的に負担
させ得るので、特に、高い内圧強度を備えている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FW法FR
P 管状体を高水圧下、特に脈動負荷条件下で使用する
と、例えば、水道管、特にその継手として使用すると、
内部の水が発汗状に漏水する現象、すなわちウィ−ピン
グ現象が発生し易い。 【０００５】このウィ−ピング現象は、高内圧での脈動
負荷条件下、管状体内面の形状に起因する応力集中、他
物の接触（管挿口の接触）等に起因して不測的にマイク
ロクラックが発生し、このマイクロクラックが樹脂と繊
維との界面を繋ぐように連鎖的に伝播していき、この伝
播マイクロクラックが、あたかも汗腺として作用する結
果である。 【０００６】かかるウィ−ピング現象を防止するため
に、内面の表皮層をポリ塩化ビニルのブロ−成形により
形成し、その外部にFRP 層を成形すること（特開昭６０
−２２９７４２号公報）、ハンドレイアップにより半割
りFRP 内層を成形し、この内層をコアとして、FW法によ
りFRP 外層を成形すること（特開昭６４−４５６２５号
公報）等が公知である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来例においては、FW工程の前工程として、ブロ−法ま
たはハンドレイアップ法等による耐ウィ−ピング性内層
体の成形を必要とし、２種類の成形工程を必要とするの
で、工程の複雑化が避けられず、また、既存のFW設備の
みでは製造できず、設備費も高価となり、更に、生産性
の低下も否定できない。 【０００８】更にまた、耐ウィ−ピング性内層体に塩化
ビニル等のブロ−成形体を使用する前者においては、内
層と外層との材質の相違のために、界面の完全な一体化
が困難であり、上記した繊維と樹脂との界面にマイクロ
クラックが生じるような条件下では、この内層と外層と
の界面にもクラックが発生する可能性が極めて高く、こ
のクラックを発端としてウィ−ピング現象が生じる畏れ
がある。また、ハンドレイアップ法によるFRP 内層を使
用するものにおいても、内層の硬化後に、FW法により外
層を成形硬化しており、内層と外層とが、同時硬化でな
いので、両層の界面の完全な一体化が困難であり、前者
と同様な問題がある。しかも、内層が合わせ箇所のある
割れ成形体であるために、内圧作用時、この合わせ箇所
での外層部分に応力が集中してマイクロクラックが発生
し、このマイクロクラックが外層FRP の樹脂と繊維との
界面を繋ぐように伝播してウィ−ピング現象が生じる畏
れもある。 【０００９】本発明の目的は、通常のFW設備で良好な生
産性にて製造でき、しかも、充分に優れた耐ウィ−ピン
グ性を有する繊維強化樹脂管状体の製造方法を提供する
ことにある。【００１０】 【課題を解決するための手段】 本発明の繊維強化樹脂管
状体の製造方法は、回転するマンドレルに、樹脂含浸連
続繊維をマンドレル軸に対し９０°の方向で巻回し積層
することにより内層を形成し、この内層上に所定の角度
方向で樹脂含浸連続繊維を巻回し積層することにより外
層を形成し、しかも、内層形成時の樹脂含浸連続繊維の
張力を外層形成時の樹脂含浸連続繊維の張力よりも低く
することを特徴とする構成である。【００１１】 以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１は本発明により製造される繊維強化樹脂管状体
の一例を示す断面図である。図１において、１１は繊維
強化樹脂の内層を、１２は外層をそれぞれ示しており、
内層１１の繊維強化樹脂の繊維含有率が外層１２の繊維
強化樹脂の繊維含有率よりも低くされている。【００１２】 上記内外層の繊維強化樹脂の樹脂には、熱
硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の何れをもを使用できるが、
生産性、成形性等の面から、熱硬化性樹脂を使用するこ
とが好ましい。この熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル（エポキ
シアクリレ−ト）樹脂、フェノ−ル樹脂等を列挙でき、
熱可塑性樹脂としては、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、アクリロニ
トリル−ブタジェン−スチレン共重合体、ポリスチレ
ン、ポリカ−ボネ−ト、ポリアミド、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリフェニレンサルファィド、ポリスルホン、ポ
リエ−テル・エ−テルケトン等を列挙できる。【００１３】 これらの樹脂には、必要に応じて、充填
剤、低収縮剤、改質剤、短繊維、熱安定剤、可塑剤、滑
剤、顔料等を添加することができる。上記繊維強化樹脂
の繊維には、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維の他、
アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の
有機繊維を使用することもできる。【００１４】 上記内層１１の繊維含有率は、通常、５〜
５０体積％の範囲内とされる。５０体積％以上では、樹
脂含有量が少なく、柔軟性が不充分であって、初期マイ
クロクラックが生じ易く、また、樹脂と繊維との界面が
多くなり、この界面を繋ぐマイクロクラックの伝播が生
じ易くなって、耐ウィ−ピング性を充分に向上させ難
い。また、５体積％以下では、外層１２と内層１１との
機械的特性（特に、弾性率）の相違が顕著となり、両層
間の界面でクラックが発生して、このクラックに起因す
るウィ−ピング現象が生じ易くなる。【００１５】 上記外層１２の繊維含有率は、耐内圧強
度、耐衝撃性を保障し得るように、通常３０〜９５体積
％、好ましくは、４５〜９５体積％で、かつ、内層の繊
維含有率よりも通常１０〜４５体積％、好ましくは、１
５〜４５体積％高くされる。【００１６】 上記において、管状体の機械的強度の主体
は、外層１２であるが、内層１１でも、ある程度の内圧
が負担され得る。従って、内層１１と外層１２との厚さ
の比は、各層の繊維含有率と許容内水圧、許容外圧、製
品形状等を勘案して設定される。【００１７】 本発明により製造される繊維強化樹脂管状
体は、図２の（イ）に示す通常のフィラメントワィンデ
ィング装置を使用して製造することができる。図２の
（イ）において、２１はロ−ビング供給ボビンを、２２
は樹脂含浸槽を、２３はフィ−ドアイを、２４はマンド
レルをそれぞれ示し、ボビン２１からのロ−ビングａを
樹脂含浸槽２２に通過させて樹脂を含浸し、この樹脂含
浸ロ−ビングｂを、図２の（ロ）に示すように、フィ−
ドアイ２３によりマンドレル２４の軸方向にトラバ−ス
させつつ、回転中のマンドレル２４に巻回していく。【００１８】 このフィラメントワィンディング装置を使
用して本発明の繊維強化樹脂管状体を製造するには、次
のような方法を使用することができる。 すなわち、（１）この方法においては、ロ−ビング供給
ボビンと樹脂含浸槽との間に、図３の（イ）に示すよう
なトルクモ−タ付ロ−ル２５、または、図３の（ロ）に
示すような、エアシリンダ式の単連ダンサロ−ル２６、
或いは、図３の（ハ）に示すような、エアシリンダ式の
多連ダンサロ−ル２７を設置し、このロ−ルの操作によ
り、内層形成時のワィンディングにおいては、ロ−ビン
グ張力を低くし（０〜１．０kg未満/ 本) （ロ−ビング
の張力を低くすれば、繊維束の締まりが緩み、嵩比重が
減少し、繊維含有率を低くすることができる）、外層形
成時のワィンディングにおいては、ロ−ビング張力を高
く（１．０kg/ 本以上) する。【００１９】 （２）この方法においては、図２の（イ）
に示すように、樹脂含浸槽２２内にシリンダ−作動式の
ドクタ−ブレ−ド２８を設置し、内層形成時のワィンデ
ィングにおいては、ロ−ビングをドクタ−ブレ−ドに素
通りさせ、外層形成時のワィンディングにおいては、ロ
−ビングにブレ−ドを作用させて樹脂含浸量を低下させ
る。【００２０】 （３）この方法においては、図３の（ニ）
に示すように、高粘度樹脂（１０ポイズ以上）の含浸槽
２２ａと低粘度樹脂（１０ポイズ未満）の含浸槽２２ｂ
とを並設し、内層形成時のワィンディングにおいては、
ロ−ビングａを高粘度樹脂含浸槽２２ａに通して樹脂付
着量を多くし、外層形成時のワィンディングにおいて
は、ロ−ビングを低粘度樹脂含浸槽に通して樹脂付着量
を少なくする。【００２１】 （４）この方法においては、図３の（ホ）
に示すように、高粘度樹脂（１０ポイズ以上）の含浸槽
２２ａと低粘度樹脂（１０ポイズ未満）の含浸槽２２ｂ
とをタンデムに設置し、内層形成時のワィンディングに
おいては、ロ−ビングａをシリンダ−操作式押さえ221a
により高粘度樹脂含浸槽２２ａに浸漬し、外層形成時の
ワィンディングにおいては、ロ−ビングａをシリンダ−
操作式押さえ221bにより低粘度樹脂含浸槽２２ｂに浸漬
する。【００２２】 本発明により製造される繊維強化樹脂管状
体においては、繊維含有率が高いFW法FRP の外層のため
に高い内圧破壊強度を呈し、繊維含有率が低いFW法FRP
の内層のために、かかる高内圧下のもとでもウィ−ピン
グ現象の発生を防止できる。【００２３】 このことは後述する実施例と比較例との静
水圧試験の結果からも明らかである。本発明により製造
される繊維強化樹脂管状体において、内層には、耐ウィ
−ピング性のみなららず、耐圧性（耐フ−ブストレス）
にも優れたものを使用することが有利であり、ロ−ビン
グ巻回時の繊維配向をの均一化を図ることが有効であ
る。【００２４】 本発明の 繊維強化樹脂管状体の製造方法に
おいては、内層形成時の樹脂含浸連続繊維の張力を外層
形成時の樹脂含浸連続繊維の張力よりも低くする場合、
内層形成時、樹脂含浸連続繊維をマンドレル軸に対し９
０°の方向で巻回し積層している。【００２５】 この製造方法においては、内層形成時、樹
脂含浸ロ−ビングが低張力のためにその自重で垂れ、マ
ンドレル表面に対し接線方向を維持できなくても、マン
ドレルに接触する樹脂含浸繊維部分での樹脂含浸繊維の
擦れやロ−ビングのばらけを回避できるので、内層の繊
維配向の均一化を図り得、内層にも充分にフ−プストレ
スを分担支持させ得て、繊維強化樹脂管状体の耐圧性を
高めることができる。【００２６】 このことは後述の実施例４〜６の静水圧試
験の結果からも明らかである。【００２７】 【作用】内層自体においては、繊維量が少なく柔軟性に
富み、それだけ、初期マイクロクラックが生じ難く、ま
た、樹脂と繊維との界面を少なくでき、それだけ界面を
繋ぐマイクロクラックの伝播を低減できるから、ウィ−
ピング現象が生じ難い。また、外層並びに内層が共に繊
維強化樹脂であって弾性率の差が小さく、かつ一体化さ
れているから、外層と内面との間でのクラック発生をよ
く防止でき、この界面クラックに基づくウィ−ピング現
象も充分に排除できる。従って、管状体全体としての耐
ウィ−ピング性を充分に保障できる。【００２８】 更に、内層、外層ともにFRP であり、内層
の繊維含有率を外層より低くするだけで製造できるか
ら、内層形成時のFWの張力を低張力にする、内層形成時
の含浸樹脂の粘度を高くする等だけで、既存のFW設備を
使用して良好な生産能率で製造できる。【００２９】 【実施例】以下の実施例並びに比較例において使用した
樹脂組成物は、樹脂：不飽和ポリエステル樹脂（粘度７
ポイズまたは１５ポイズ）１００部、硬化剤：メチルエ
チルケトンパ−オキシド０．８部、硬化促進剤：６％ナ
フテン酸コバルト０．３部からなるものであり、使用し
た連続繊維は、番手２２３０ｇ／ｋｍのガラス繊維ロ−
ビング１０本であり、使用したFW機の方式は、マンドレ
ルを回転させ、フィ−ドアイをマンドレルの軸方向に往
復移動させる２軸方式であり、使用したマンドレルは外
径６４ｍｍ，長さ１ｍのパイプ金型である。【００３０】 実施例１ 不飽和ポリエステル樹脂としては、粘度７ポイズのもの
を使用し、内層並びに外層のロ−ビング巻き付け角をと
もに±６０°とし、ロ−ビング張力０．５ｋｇ／本で内
層を１ｍｍ厚みにて形成し、更に、ロ−ビング張力２．
０ｋｇ／本で外層を２ｍｍ厚みにて形成し、次いで、８
０℃，１時間にて硬化し、マンドレルから脱型した。【００３１】 ロ−ビングの張力設定には、図３の（ロ）
に示す単連ダンサロ−ルを使用した。この実施例品の内
層の繊維含有率は、約４０体積％であり、外層の繊維含
有率は、約６２体積％であった。【００３２】 実施例２ 図２の（イ）に示すドクタ−ブレ−ド２８を使用し、内
層形成時には、ドクタ−ブレ−ドを作用させずに、ロ−
ビングを張力０．５ｋｇ／本で素通りさせ、外層形成時
には、ドクタ−ブレ−ドを作用させた。他の条件は実施
例１に同じとした。【００３３】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約４
３体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 実施例３ 図３の（ホ）に示す、樹脂含浸槽タンデム方式を使用
し、内層、外層ともロ−ビング張力を２．０ｋｇ／本に
設定し、内層形成時には、ロ−ビングを粘度１５ポイズ
の樹脂組成物で含浸し、外層形成時には、ロ−ビングを
粘度７ポイズの樹脂組成物で含浸し、巻き付け角等の他
の条件は実施例１に同じとした。【００３４】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約３
０体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 比較例 樹脂組成物には、粘度７ポイズのものを使用し、ロ−ビ
ング巻き付け角を±６０°、ロ−ビング張力２．５ｋｇ
／本として、厚み３ｍｍの積層を形成し、次いで、実施
例と同一条件で硬化し、脱型した。【００３５】 この比較例品の繊維含有率は、約６２体積
％であった。これらの実施例品、並びに比較例品の各試
料数１０個について静水圧試験を行ったところ、比較例
品においては、１１０kgf/cm2 （平均値）でウィ−ピン
グが生じたが、何れの実施例品においても、ウィ−ピン
グは発生せず、FRP 破壊が生じ、その破壊水圧は、実施
例１においては３９０kgf/cm2 （平均値、以下同じ）、
実施例２においては３７０kgf/cm2 、実施例３において
は３６０kgf/cm2 であった。【００３６】 次に、本発明 の実施例を示す。以下の実施
例において使用した樹脂組成物、繊維、FW機等は上記の
実施例１乃至３において使用したものと同一である（不
飽和ポリエステル樹脂としては、粘度７ポイズのものの
みを使用）。【００３７】 実施例４ ロ−ビングのマンドレル巻き付け角を９０°、ロ−ビン
グ張力を０．２ｋｇ／本として内層を１ｍｍ厚みにて形
成し、更に、巻き付け角を±６０°、ロ−ビング張力を
２．０ｋｇ／本として外層を２ｍｍ厚みにて形成し、次
いで、８０℃，１時間にて硬化し、マンドレルから脱型
した。ロ−ビングの張力設定には、図３の（ロ）に示す
単連ダンサロ−ルを使用した。【００３８】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約４
０体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 実施例５ 内層形成時のロ−ビング張力を０．５ｋｇ／本とした以
外、実施例４と同じとした。【００３９】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約４
３体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 実施例６ 図２の（イ）に示すドクタ−ブレ−ド２８を使用し、内
層形成時には、ドクタ−ブレ−ドを作用させずに、ロ−
ビングを張力０．５ｋｇ／本で素通りさせ、ロ−ビング
巻き付け角９０°で内層を厚さ１ｍｍにて形成し、外層
形成時には、ドクタ−ブレ−ドを作用させ、巻き付け角
を±６０°にして外層を厚さ３ｍｍにて形成した。硬化
条件は上記実施例に同じとした。【００４０】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約３
５体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。これらの実施例品の各試料数１０個について静
水圧試験を行ったところ、何れの実施例品においても、
ウィ−ピングは発生せず、FRP 破壊が生じ、その破壊水
圧は、実施例４においては４１０kgf/cm2 （平均値、以
下同じ）、実施例５においては４３０kgf/cm2 、実施例
６においては４２０kgf/cm2 であリ、内層の繊維巻き付
け角を９０°より小とした実施例１乃至３よりも耐圧性
を向上できた。【００４１】 【発明の効果】本発明によれば、耐ウィ−ピング性に優
れたFW法FRP 管状体を、内層形成時のロ−ビング巻き付
け角を低くするか、含浸樹脂の粘度を高くするか、或い
は外層形成時にドクタ−ブレ−ドを作用させる等により
製造でき、既存のFW設備（通常、ロ−ビングの張力調整
手段、ドクタ−ブレ−ド等の樹脂含浸量調整手段が常備
されている）を使用して、FW法の高生産性を保持しつ
つ、耐ウィ−ピング性に優れたFW法FRP 管状体（例え
ば、水道管や農下水道管等の内圧管や継手）を製造でき
る。
の継手等に使用する繊維強化樹脂管状体の製造方法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】繊維強化樹脂管状体（以下、繊維強化樹
脂をFRP と称する）においては、合成樹脂管状体の耐腐
食性、軽量性等に加え、内圧( 引張り) 強度、衝撃強度
等に優れており、各種製品に多量に使用されている。 【０００３】このFRP 管状体中、樹脂を含浸した連続繊
維をマンドレルに巻回・積層し、樹脂の硬化後、マンド
レルを脱型して製造する管状体、すなわち、フィラメン
トワィンディング法（以下、FW法と称する）により成形
したFRP 管状体においては、連続方式であり、生産性に
優れ、かつ、繊維に内圧フ−プストレスを効果的に負担
させ得るので、特に、高い内圧強度を備えている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FW法FR
P 管状体を高水圧下、特に脈動負荷条件下で使用する
と、例えば、水道管、特にその継手として使用すると、
内部の水が発汗状に漏水する現象、すなわちウィ−ピン
グ現象が発生し易い。 【０００５】このウィ−ピング現象は、高内圧での脈動
負荷条件下、管状体内面の形状に起因する応力集中、他
物の接触（管挿口の接触）等に起因して不測的にマイク
ロクラックが発生し、このマイクロクラックが樹脂と繊
維との界面を繋ぐように連鎖的に伝播していき、この伝
播マイクロクラックが、あたかも汗腺として作用する結
果である。 【０００６】かかるウィ−ピング現象を防止するため
に、内面の表皮層をポリ塩化ビニルのブロ−成形により
形成し、その外部にFRP 層を成形すること（特開昭６０
−２２９７４２号公報）、ハンドレイアップにより半割
りFRP 内層を成形し、この内層をコアとして、FW法によ
りFRP 外層を成形すること（特開昭６４−４５６２５号
公報）等が公知である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来例においては、FW工程の前工程として、ブロ−法ま
たはハンドレイアップ法等による耐ウィ−ピング性内層
体の成形を必要とし、２種類の成形工程を必要とするの
で、工程の複雑化が避けられず、また、既存のFW設備の
みでは製造できず、設備費も高価となり、更に、生産性
の低下も否定できない。 【０００８】更にまた、耐ウィ−ピング性内層体に塩化
ビニル等のブロ−成形体を使用する前者においては、内
層と外層との材質の相違のために、界面の完全な一体化
が困難であり、上記した繊維と樹脂との界面にマイクロ
クラックが生じるような条件下では、この内層と外層と
の界面にもクラックが発生する可能性が極めて高く、こ
のクラックを発端としてウィ−ピング現象が生じる畏れ
がある。また、ハンドレイアップ法によるFRP 内層を使
用するものにおいても、内層の硬化後に、FW法により外
層を成形硬化しており、内層と外層とが、同時硬化でな
いので、両層の界面の完全な一体化が困難であり、前者
と同様な問題がある。しかも、内層が合わせ箇所のある
割れ成形体であるために、内圧作用時、この合わせ箇所
での外層部分に応力が集中してマイクロクラックが発生
し、このマイクロクラックが外層FRP の樹脂と繊維との
界面を繋ぐように伝播してウィ−ピング現象が生じる畏
れもある。 【０００９】本発明の目的は、通常のFW設備で良好な生
産性にて製造でき、しかも、充分に優れた耐ウィ−ピン
グ性を有する繊維強化樹脂管状体の製造方法を提供する
ことにある。【００１０】 【課題を解決するための手段】 本発明の繊維強化樹脂管
状体の製造方法は、回転するマンドレルに、樹脂含浸連
続繊維をマンドレル軸に対し９０°の方向で巻回し積層
することにより内層を形成し、この内層上に所定の角度
方向で樹脂含浸連続繊維を巻回し積層することにより外
層を形成し、しかも、内層形成時の樹脂含浸連続繊維の
張力を外層形成時の樹脂含浸連続繊維の張力よりも低く
することを特徴とする構成である。【００１１】 以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１は本発明により製造される繊維強化樹脂管状体
の一例を示す断面図である。図１において、１１は繊維
強化樹脂の内層を、１２は外層をそれぞれ示しており、
内層１１の繊維強化樹脂の繊維含有率が外層１２の繊維
強化樹脂の繊維含有率よりも低くされている。【００１２】 上記内外層の繊維強化樹脂の樹脂には、熱
硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の何れをもを使用できるが、
生産性、成形性等の面から、熱硬化性樹脂を使用するこ
とが好ましい。この熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル（エポキ
シアクリレ−ト）樹脂、フェノ−ル樹脂等を列挙でき、
熱可塑性樹脂としては、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、アクリロニ
トリル−ブタジェン−スチレン共重合体、ポリスチレ
ン、ポリカ−ボネ−ト、ポリアミド、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリフェニレンサルファィド、ポリスルホン、ポ
リエ−テル・エ−テルケトン等を列挙できる。【００１３】 これらの樹脂には、必要に応じて、充填
剤、低収縮剤、改質剤、短繊維、熱安定剤、可塑剤、滑
剤、顔料等を添加することができる。上記繊維強化樹脂
の繊維には、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維の他、
アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の
有機繊維を使用することもできる。【００１４】 上記内層１１の繊維含有率は、通常、５〜
５０体積％の範囲内とされる。５０体積％以上では、樹
脂含有量が少なく、柔軟性が不充分であって、初期マイ
クロクラックが生じ易く、また、樹脂と繊維との界面が
多くなり、この界面を繋ぐマイクロクラックの伝播が生
じ易くなって、耐ウィ−ピング性を充分に向上させ難
い。また、５体積％以下では、外層１２と内層１１との
機械的特性（特に、弾性率）の相違が顕著となり、両層
間の界面でクラックが発生して、このクラックに起因す
るウィ−ピング現象が生じ易くなる。【００１５】 上記外層１２の繊維含有率は、耐内圧強
度、耐衝撃性を保障し得るように、通常３０〜９５体積
％、好ましくは、４５〜９５体積％で、かつ、内層の繊
維含有率よりも通常１０〜４５体積％、好ましくは、１
５〜４５体積％高くされる。【００１６】 上記において、管状体の機械的強度の主体
は、外層１２であるが、内層１１でも、ある程度の内圧
が負担され得る。従って、内層１１と外層１２との厚さ
の比は、各層の繊維含有率と許容内水圧、許容外圧、製
品形状等を勘案して設定される。【００１７】 本発明により製造される繊維強化樹脂管状
体は、図２の（イ）に示す通常のフィラメントワィンデ
ィング装置を使用して製造することができる。図２の
（イ）において、２１はロ−ビング供給ボビンを、２２
は樹脂含浸槽を、２３はフィ−ドアイを、２４はマンド
レルをそれぞれ示し、ボビン２１からのロ−ビングａを
樹脂含浸槽２２に通過させて樹脂を含浸し、この樹脂含
浸ロ−ビングｂを、図２の（ロ）に示すように、フィ−
ドアイ２３によりマンドレル２４の軸方向にトラバ−ス
させつつ、回転中のマンドレル２４に巻回していく。【００１８】 このフィラメントワィンディング装置を使
用して本発明の繊維強化樹脂管状体を製造するには、次
のような方法を使用することができる。 すなわち、（１）この方法においては、ロ−ビング供給
ボビンと樹脂含浸槽との間に、図３の（イ）に示すよう
なトルクモ−タ付ロ−ル２５、または、図３の（ロ）に
示すような、エアシリンダ式の単連ダンサロ−ル２６、
或いは、図３の（ハ）に示すような、エアシリンダ式の
多連ダンサロ−ル２７を設置し、このロ−ルの操作によ
り、内層形成時のワィンディングにおいては、ロ−ビン
グ張力を低くし（０〜１．０kg未満/ 本) （ロ−ビング
の張力を低くすれば、繊維束の締まりが緩み、嵩比重が
減少し、繊維含有率を低くすることができる）、外層形
成時のワィンディングにおいては、ロ−ビング張力を高
く（１．０kg/ 本以上) する。【００１９】 （２）この方法においては、図２の（イ）
に示すように、樹脂含浸槽２２内にシリンダ−作動式の
ドクタ−ブレ−ド２８を設置し、内層形成時のワィンデ
ィングにおいては、ロ−ビングをドクタ−ブレ−ドに素
通りさせ、外層形成時のワィンディングにおいては、ロ
−ビングにブレ−ドを作用させて樹脂含浸量を低下させ
る。【００２０】 （３）この方法においては、図３の（ニ）
に示すように、高粘度樹脂（１０ポイズ以上）の含浸槽
２２ａと低粘度樹脂（１０ポイズ未満）の含浸槽２２ｂ
とを並設し、内層形成時のワィンディングにおいては、
ロ−ビングａを高粘度樹脂含浸槽２２ａに通して樹脂付
着量を多くし、外層形成時のワィンディングにおいて
は、ロ−ビングを低粘度樹脂含浸槽に通して樹脂付着量
を少なくする。【００２１】 （４）この方法においては、図３の（ホ）
に示すように、高粘度樹脂（１０ポイズ以上）の含浸槽
２２ａと低粘度樹脂（１０ポイズ未満）の含浸槽２２ｂ
とをタンデムに設置し、内層形成時のワィンディングに
おいては、ロ−ビングａをシリンダ−操作式押さえ221a
により高粘度樹脂含浸槽２２ａに浸漬し、外層形成時の
ワィンディングにおいては、ロ−ビングａをシリンダ−
操作式押さえ221bにより低粘度樹脂含浸槽２２ｂに浸漬
する。【００２２】 本発明により製造される繊維強化樹脂管状
体においては、繊維含有率が高いFW法FRP の外層のため
に高い内圧破壊強度を呈し、繊維含有率が低いFW法FRP
の内層のために、かかる高内圧下のもとでもウィ−ピン
グ現象の発生を防止できる。【００２３】 このことは後述する実施例と比較例との静
水圧試験の結果からも明らかである。本発明により製造
される繊維強化樹脂管状体において、内層には、耐ウィ
−ピング性のみなららず、耐圧性（耐フ−ブストレス）
にも優れたものを使用することが有利であり、ロ−ビン
グ巻回時の繊維配向をの均一化を図ることが有効であ
る。【００２４】 本発明の 繊維強化樹脂管状体の製造方法に
おいては、内層形成時の樹脂含浸連続繊維の張力を外層
形成時の樹脂含浸連続繊維の張力よりも低くする場合、
内層形成時、樹脂含浸連続繊維をマンドレル軸に対し９
０°の方向で巻回し積層している。【００２５】 この製造方法においては、内層形成時、樹
脂含浸ロ−ビングが低張力のためにその自重で垂れ、マ
ンドレル表面に対し接線方向を維持できなくても、マン
ドレルに接触する樹脂含浸繊維部分での樹脂含浸繊維の
擦れやロ−ビングのばらけを回避できるので、内層の繊
維配向の均一化を図り得、内層にも充分にフ−プストレ
スを分担支持させ得て、繊維強化樹脂管状体の耐圧性を
高めることができる。【００２６】 このことは後述の実施例４〜６の静水圧試
験の結果からも明らかである。【００２７】 【作用】内層自体においては、繊維量が少なく柔軟性に
富み、それだけ、初期マイクロクラックが生じ難く、ま
た、樹脂と繊維との界面を少なくでき、それだけ界面を
繋ぐマイクロクラックの伝播を低減できるから、ウィ−
ピング現象が生じ難い。また、外層並びに内層が共に繊
維強化樹脂であって弾性率の差が小さく、かつ一体化さ
れているから、外層と内面との間でのクラック発生をよ
く防止でき、この界面クラックに基づくウィ−ピング現
象も充分に排除できる。従って、管状体全体としての耐
ウィ−ピング性を充分に保障できる。【００２８】 更に、内層、外層ともにFRP であり、内層
の繊維含有率を外層より低くするだけで製造できるか
ら、内層形成時のFWの張力を低張力にする、内層形成時
の含浸樹脂の粘度を高くする等だけで、既存のFW設備を
使用して良好な生産能率で製造できる。【００２９】 【実施例】以下の実施例並びに比較例において使用した
樹脂組成物は、樹脂：不飽和ポリエステル樹脂（粘度７
ポイズまたは１５ポイズ）１００部、硬化剤：メチルエ
チルケトンパ−オキシド０．８部、硬化促進剤：６％ナ
フテン酸コバルト０．３部からなるものであり、使用し
た連続繊維は、番手２２３０ｇ／ｋｍのガラス繊維ロ−
ビング１０本であり、使用したFW機の方式は、マンドレ
ルを回転させ、フィ−ドアイをマンドレルの軸方向に往
復移動させる２軸方式であり、使用したマンドレルは外
径６４ｍｍ，長さ１ｍのパイプ金型である。【００３０】 実施例１ 不飽和ポリエステル樹脂としては、粘度７ポイズのもの
を使用し、内層並びに外層のロ−ビング巻き付け角をと
もに±６０°とし、ロ−ビング張力０．５ｋｇ／本で内
層を１ｍｍ厚みにて形成し、更に、ロ−ビング張力２．
０ｋｇ／本で外層を２ｍｍ厚みにて形成し、次いで、８
０℃，１時間にて硬化し、マンドレルから脱型した。【００３１】 ロ−ビングの張力設定には、図３の（ロ）
に示す単連ダンサロ−ルを使用した。この実施例品の内
層の繊維含有率は、約４０体積％であり、外層の繊維含
有率は、約６２体積％であった。【００３２】 実施例２ 図２の（イ）に示すドクタ−ブレ−ド２８を使用し、内
層形成時には、ドクタ−ブレ−ドを作用させずに、ロ−
ビングを張力０．５ｋｇ／本で素通りさせ、外層形成時
には、ドクタ−ブレ−ドを作用させた。他の条件は実施
例１に同じとした。【００３３】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約４
３体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 実施例３ 図３の（ホ）に示す、樹脂含浸槽タンデム方式を使用
し、内層、外層ともロ−ビング張力を２．０ｋｇ／本に
設定し、内層形成時には、ロ−ビングを粘度１５ポイズ
の樹脂組成物で含浸し、外層形成時には、ロ−ビングを
粘度７ポイズの樹脂組成物で含浸し、巻き付け角等の他
の条件は実施例１に同じとした。【００３４】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約３
０体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 比較例 樹脂組成物には、粘度７ポイズのものを使用し、ロ−ビ
ング巻き付け角を±６０°、ロ−ビング張力２．５ｋｇ
／本として、厚み３ｍｍの積層を形成し、次いで、実施
例と同一条件で硬化し、脱型した。【００３５】 この比較例品の繊維含有率は、約６２体積
％であった。これらの実施例品、並びに比較例品の各試
料数１０個について静水圧試験を行ったところ、比較例
品においては、１１０kgf/cm2 （平均値）でウィ−ピン
グが生じたが、何れの実施例品においても、ウィ−ピン
グは発生せず、FRP 破壊が生じ、その破壊水圧は、実施
例１においては３９０kgf/cm2 （平均値、以下同じ）、
実施例２においては３７０kgf/cm2 、実施例３において
は３６０kgf/cm2 であった。【００３６】 次に、本発明 の実施例を示す。以下の実施
例において使用した樹脂組成物、繊維、FW機等は上記の
実施例１乃至３において使用したものと同一である（不
飽和ポリエステル樹脂としては、粘度７ポイズのものの
みを使用）。【００３７】 実施例４ ロ−ビングのマンドレル巻き付け角を９０°、ロ−ビン
グ張力を０．２ｋｇ／本として内層を１ｍｍ厚みにて形
成し、更に、巻き付け角を±６０°、ロ−ビング張力を
２．０ｋｇ／本として外層を２ｍｍ厚みにて形成し、次
いで、８０℃，１時間にて硬化し、マンドレルから脱型
した。ロ−ビングの張力設定には、図３の（ロ）に示す
単連ダンサロ−ルを使用した。【００３８】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約４
０体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 実施例５ 内層形成時のロ−ビング張力を０．５ｋｇ／本とした以
外、実施例４と同じとした。【００３９】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約４
３体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。 実施例６ 図２の（イ）に示すドクタ−ブレ−ド２８を使用し、内
層形成時には、ドクタ−ブレ−ドを作用させずに、ロ−
ビングを張力０．５ｋｇ／本で素通りさせ、ロ−ビング
巻き付け角９０°で内層を厚さ１ｍｍにて形成し、外層
形成時には、ドクタ−ブレ−ドを作用させ、巻き付け角
を±６０°にして外層を厚さ３ｍｍにて形成した。硬化
条件は上記実施例に同じとした。【００４０】 この実施例品の内層の繊維含有率は、約３
５体積％であり、外層の繊維含有率は、約６２体積％で
あった。これらの実施例品の各試料数１０個について静
水圧試験を行ったところ、何れの実施例品においても、
ウィ−ピングは発生せず、FRP 破壊が生じ、その破壊水
圧は、実施例４においては４１０kgf/cm2 （平均値、以
下同じ）、実施例５においては４３０kgf/cm2 、実施例
６においては４２０kgf/cm2 であリ、内層の繊維巻き付
け角を９０°より小とした実施例１乃至３よりも耐圧性
を向上できた。【００４１】 【発明の効果】本発明によれば、耐ウィ−ピング性に優
れたFW法FRP 管状体を、内層形成時のロ−ビング巻き付
け角を低くするか、含浸樹脂の粘度を高くするか、或い
は外層形成時にドクタ−ブレ−ドを作用させる等により
製造でき、既存のFW設備（通常、ロ−ビングの張力調整
手段、ドクタ−ブレ−ド等の樹脂含浸量調整手段が常備
されている）を使用して、FW法の高生産性を保持しつ
つ、耐ウィ−ピング性に優れたFW法FRP 管状体（例え
ば、水道管や農下水道管等の内圧管や継手）を製造でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される繊維強化樹脂管状体の
実施例を示す断面図である。 【図２】図２の（イ）は本発明において使用するフィラ
メントワィンディング装置を示す説明図、図２の（ロ）
は図２の（イ）におけるフィ−ドアイとマンドレルとを
示す説明図である。 【図３】本発明の繊維強化樹脂管状体の製造方法おける
フィラメントワィンディグFRPの繊維含有率を調節する
各種の手段を示す説明図である。 【符号の説明】 １１ 内層 １２ 外層 ２１ ロ−ビング供給ボビン ２２ 樹脂含浸槽 ２３ フィ−ドアイ ２４ マンドレル ２８ ドクタ−ブレ−ド
実施例を示す断面図である。 【図２】図２の（イ）は本発明において使用するフィラ
メントワィンディング装置を示す説明図、図２の（ロ）
は図２の（イ）におけるフィ−ドアイとマンドレルとを
示す説明図である。 【図３】本発明の繊維強化樹脂管状体の製造方法おける
フィラメントワィンディグFRPの繊維含有率を調節する
各種の手段を示す説明図である。 【符号の説明】 １１ 内層 １２ 外層 ２１ ロ−ビング供給ボビン ２２ 樹脂含浸槽 ２３ フィ−ドアイ ２４ マンドレル ２８ ドクタ−ブレ−ド
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｂ２９Ｌ 9:00 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｃ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】【請求項１】 樹脂含浸連続繊維の巻回積層体であり、
内層と外層とを有し、内層の繊維強化樹脂の繊維含有率
が外層の繊維強化樹脂の繊維含有率よりも低くされてい
る繊維強化樹脂管状体を製造する方法において、回転す
るマンドレルに、樹脂含浸連続繊維をマンドレル軸に対
し９０°の方向で巻回し積層することにより内層を形成
し、この内層上に所定の角度方向で樹脂含浸連続繊維を
巻回し積層することにより外層を形成し、しかも、内層
形成時の樹脂含浸連続繊維の張力を外層形成時の樹脂含
浸連続繊維の張力よりも低くすることを特徴とする繊維
強化樹脂管状体の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP12402893A JP3375375B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 繊維強化樹脂管状体の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12402893A JP3375375B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 繊維強化樹脂管状体の製造方法 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP12402893A Expired - Fee Related JP3375375B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 繊維強化樹脂管状体の製造方法 |
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1993
- 1993-05-26 JP JP12402893A patent/JP3375375B2/ja not_active Expired - Fee Related
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