JPH01162559A - 繊維強化複合金属パイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は炭素ａ維やアルミナ繊維などで強化した複合
金属パイプの製造方法に関するものである。

従来の技術 繊維強化金属（ＦＲＭ）は、延性はあるが強度の小さい
マトリックスを、延性は乏しいが強度の大きい強化相で
強化したものであり、構造用材料として使用すれば、重
量の増大を伴わずに強度の向上を図ることができ、ある
いは大幅に重量の低減を図ることができる。ＦＲＭのこ
のような特注は、マトリックスと強化繊維とが強固に接
着していることにより発揮されるのであるが、マトリッ
クス金属はＦＲＰ（１Ｍ維強化プラスチック）における
合成樹脂のような接着性がなく、またマトリックス金属
の種類によっては高温に加熱する必要があるために強化
ＡＩ［の消失や劣化が生じることがあるなど、充分な強
度を有するＦＲＭ＠製造するには幾多の技術的な課題が
ある。そのような情況は繊維強化複合金属パイプに関し
ても同様であり、そのため従来では、繊維強化複合金属
パイプを製造する方法として、例えば「金属基複合材料
を知る事典」　（株式会社アグネ発行）第５７頁以下に
記載されているように、熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ法）
が採用されている。ＨＩＰによって繊維強化複合金属パ
イプを製造する方法は、例えばＢ（ポロン）繊維を強化
繊維とし、かつマトリックスをアルミニウムとした単層
テープを予め製造し、これを薄い鋼管製の内側マンドレ
ルの外周に複数層に巻き付けるとともに、これを厚肉の
外側マンドレルに挿入し、その組立品をＨＩＰ装聞に入
れて７９３に、７０ＭＰａに加熱・加圧した後、外側マ
ンドレルを内側マンドレルとほぼ同程度の肉厚まで様械
加工で削り落し、ついで硝酸でマンドレルを溶かして複
合材料のチューブを取り出す方法である。

発明が解決しようとする問題点 しかるに上述したＨＩＰ法は、単層テープおよび内外の
マンドレルからなる組立品をＨＩＰ装置に入れて加圧・
加熱するから、組立品の大きさすなわち製品である繊維
強化複合金属パイプの大きさがＨＩＰ装置によって制限
され、長尺な製品を青ることができず、またバッチ式（
回分式）の生産方法とならざるを得ないから、生産効率
が悪い問題があった。またプリフォームとしての単層テ
ープを予め用意する必要があるうえに、内外のマンドレ
ルは最終的には消失させるごとになるために、必要とす
る素材のコストが高く、かつまたＨ■Ｐ装置などの設備
が極めて高価であり、その結果、得られる繊維強化複合
金属パイプも高価にならざるを得す、そのため特殊用途
のパイプを製造する場合に限られるなどの問題があった
。

この発明は上記の事情を背景どしてなされたもので、長
尺でかつ安価なｍ維強化複合金属パイプを得ることので
きる方法を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、マトリック
ス金属とされる金属パイプの外周面に、強化長１８ｉ雑
および前記金属パイプと同種の金属製長繊維を螺旋状に
連続的に巻き付け、しかる後加熱を施して強化長ｍＨと
マトリックス金属とを融着させることにより、強化長繊
維が螺旋状に分布する構造とすることをｖＩ＠とする方
法である。

作　　　　　用 この発明の方法では、先ず、金属パイプの外周面に、強
化長繊維および金属パイプと同種の金属製長繊維を巻き
付ける。その巻き付は状態は螺旋状とし、また各々の長
繊維の巻き付は方向は同一もしくは逆方向とする。した
がって各長ｌｌｉ維が並列して、もしくは重ね合わせて
巻き付けられることになるが、このような巻き付は作業
は、金属パイプを軸線方向に送りつつ、各長繊維のボビ
ンを金属パイプを中心に旋回させて行ない、あるいはボ
ビンを固定して金属パイプを回転かつ軸線方向に走行さ
せて行なうことができ、いずれにしても金属パイプの長
さが制約されないＭａ作業とすることができる。強化長
繊維および金属長１維を巻き付けた金属パイプは、次に
、加熱されて少なくともマトリックス金属長ｐａｎが溶
融し、その結果、マトリックス金属長繊維が金属パイプ
と融合一体化することにより強化長ａ維が金属パイプに
融着される。この加熱工程として誘導加熱を行なえば強
化長繊維を直接加熱することがないので、強化長繊維の
劣化防止などの点で有利であり、また金属パイプを連続
的に送って加熱できるので、金属パイプの長さが制約さ
れない。

実　　施　　例 つぎにこの発明の方法を実施例によって具体的に説明す
る。

この発明では先ず金属パイプの外周に、強化長繊維と金
属長繊維とを巻き付ける。したがって金属パイプとして
は、最終的には肉厚が増大することになるので、最終的
に得るべき肉厚のものより薄肉の金属パイプを使用し、
またその長さは必要に応じ適宜の長さとする。さらに金
属パイプとしては、鋼パイプ以外に、アルミパイプや銅
パイプなどの非鉄金属パイプを対象とすることができる
。

他方、金属パイプに巻き付ける強化長＆ｌＩｉ維は、炭
素繊維やアルミナ繊維、ポロン繊維など、従来ＦＲＭに
使用されている強化ｌａ維を使用することができ、また
その太さは、対象とする金属パイプの材質に応じて直径
５〜５０顯のものを使用でき、特に金属パイプに対する
巻き付は性や金属パイプの強度の向上などの諸要因を考
慮すると、数本ないし１００本程度の束（ストランド）
のものが好適である。また金属長Ｓ維は金属パイプと共
にマトリックスとなるものであって、対象とする金属パ
イプと同材種の金属製の長繊維であり、その線径は、巻
き付は時の破断の難易度や金属パイプの外周面に対する
馴染み易さなどを考慮して決めればよく、−例として、
外径５０ｍｒｎのアルミパイプを対象とする場合には、
線径は０．１〜０．３順が適当である。

強化ａ維および金属長繊維の巻き付けは、螺旋状に巻き
付けて行なう。その場合の巻き付は方向は、第１図に示
すように、金属パイプ１に対して強化長Ｓ維２と金属長
繊維３とを共に同方向に巻き付けてもよく、あるいは第
２図に示すように互いに逆方向に巻き付けてもよい。第
１図に示すように各長Ｓ維２，３を同方向に巻き付ける
場合、強化繊維２は所定のピッチをあけて巻き付ければ
よいが、金属長Ｓ維３は、後工程の加熱の際に溶融して
強化長ａ維２を完全に隠蔽するよう密着巻きすることが
好ましく、また所定のピッチをあけて巻くとしてもその
ピッチは強化長繊維２のピッチより小さいことが好まし
い、、また第２図に示すように互いに逆方向に螺旋状に
巻く場合、金属長ａ維３は、後工程で加熱されて溶融し
た際に強化長繊維２を完全に隠蔽するよう強化長４１維
２の外周側に巻き付けことるが好ましい。さらに各長繊
維２，３の巻き付は層数は一層に限られず、複数層に巻
くこともでき、複数層に巻き付ける場合、例えば第３図
に示すように、第１層に強化長繊維２を螺旋状に巻き付
け、その上に金属長繊維３を逆方向に螺旋状に巻き付け
、さらに第３層として強化長繊維２を第２層の金属長繊
維３と同方向に螺旋状に巻き付け、そして最外層に金属
長Ｓ維３を第３層の強化長Ｓ維２と反対方向の螺旋状に
巻き付ける方法を採用することが好ましい。このように
すれば、強化長繊維２と金属繊維３とが交互に配列した
ことになるので、後工程の加熱工程で金属長Ｓ維３が溶
融した場合に、強化長繊維２をマトリックス金属の内部
に均等に分布させた状態を得ることができる。

なお、強化長ａＦＭ２の巻き付はピッチは、得るべき製
品に要求される強度によって決めればよいが、ピッチが
細かいほど円周方向の延びに対する強度が高くなり、ま
たピッチが大きい場合には軸線方向の延びに対する強度
が高くなる。また巻き付は層数は要求される強度によっ
て決めればよく、巻き付は層数が多いほど製品強度が向
上することは勿論である。

上述した各長繊維２．３の巻き付は作業は、手作業によ
る以外に機械巻きによって行なうことでき、その場合、
ボビン４，５を金属パイプ１を中心にして旋回させつつ
金属パイプを軸線方向に移動させて行なうことができ、
もしくは第１図に示す巻き付は方法の場合には、ボビン
４，５を固定したまま金属パイプ１を回転させつつ軸線
方向に移動させて行なうことができる。

各長繊維２，３を上記のように巻き付けた金属パイプ１
に対し、次に加熱処理を施す。この処理は、金属パイプ
１の表面層および前記金属長繊維３を溶融させて強化長
繊維２を金属パイプ１に融着させるための処理であり、
したがって加熱温度は、マトリックス金属の融点以上と
する。またその加熱方法は、誘導加熱コイル６を使用し
た誘導加熱が好ましい。すなわち誘導加熱によれば、強
化長繊維２を直接加熱することがないので、強化長４［
２の劣化を防接することができる。また加熱を行なう場
合、マトリックス金属の酸化を防止するためにへｒガス
などによる不活性雰囲気とすることが好ましい。なお、
加熱手段は対象とするマトリックス金属の種類によって
適宜のものを使用してもよく、したがって誘導加熱装置
に限定されるものではない。

以上９ようにして６長１．ｔｌｔ２，３を巻き付けた金
属パイプ１を加熱すると、マトリックス金属が溶融する
ため、金属長ａ維３が本体部分である金属パイプ１に融
合一体化し、強化長Ｓ維２が融着−される。その結果、
強化繊維が螺旋状に分布した繊維強化複合金属パイプが
臀られる。

したがって上述した方法では、各長繊維２，３を連続的
に巻き付けることができ、また加熱は強生長ｉ維２を金
属長繊維３によって拘束した状態で行なうことになるか
ら、連続加熱炉などを使用して連続的に行なうことがで
き、その結果、金属パイプ１の長さに何ら制約を受けず
、長尺の繊維強化複合金属パイプを得ることができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の方法では、長
繊維の巻き付けおよび加熱などの各工程で金属パイプの
長さを制約する要因がないので、必要に応じた長尺の繊
維強化複合金属パイプを製造することができ、また各長
Ｓｔ雑の巻き付けや加熱は従来各種の分野で使用されて
いる一般的な巻き付は機や加熱装置を使用できるので、
必要設備が安価でよく、また特に廃材となるものを必要
としないので、材料費の高騰を招来することがなく、し
たがって総じてこの光間の方法によれば、繊維強化複合
金属パイプを安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強化長ａｌｉ維と金属長ａ維とを同方向に螺旋
状に巻き付けて繊維強化複合金属パイプを製造するこの
発明の方法の一例を説明するための略解図、第２図は強
化長ａ維と金属長繊維とを互いに逆方向の螺旋状に巻き
付けて繊維強化複合金属パイプを、製造するこの発明の
方法の一例を説明するための略解図、第３図は強化長１
１維と金属長繊維とを複数層に巻き付けてａｍ強化複合
金属パイプを製造するこの発明の方法の一例を説明する
ための略解図である。 １・・・金属パイプ、　２・・・強化長繊維、　３・・
・金属長ａｌｎ、　６・・・誘導加熱コイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリックス金属とされる金属パイプの外周面に
   、強化長繊維および前記金属パイプと同種の金属製長繊
   維を螺旋状に連続的に巻き付け、しかる後加熱を施して
   強化長繊維とマトリックス金属とを融着させることによ
   り、強化長繊維が螺旋状に分布する構造とすることを特
   徴とする繊維強化複合金属パイプの製造方法。
2. （２）前記加熱は、誘導加熱によって行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の繊維強化複合金属パ
   イプの製造方法。