JPH0351384A

JPH0351384A - 繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0351384A
Application number: JP2106423A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Matsuno; 繁宏松野; Kazuo Yasuda; 一雄安田; Minoru Naito; 稔内藤
Original assignee: Ube Nitto Kasei Co Ltd
Current assignee: Ube Exsymo Co Ltd
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1991-03-05
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP2984021B2

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）本発明は高い抗張力性と可撓性を合せもち、非金属性の
光ファイバのテンションメンバーや光コード等として好
適な繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体及びその製造方法
に関する。

（発明の背景）近年、通信用ケーブルの無誘導化や、軽量化が重要視さ
れ、メタリック型のケーブルからノンメタリック型のケ
ーブルへの移行の動きは太き（、その結果、テンション
メンバーとして、ガラス繊維や、アラミド繊維を補強用
繊維とした繊維強化熱硬化性樹脂製（以下ＦＲＰと称す
）棒状物が多く使用されるようになった。

ところが、メタリック型テンションメンバー（鋼線、鋼
撚線）の引張性能に匹敵する性能を有するＦＲＰ棒状物
を考えると、必然的にその外径も大きなものとなり、そ
の結果、必要以上に剛性の高いケーブルになり、取扱い
性の点で大きな問題があった。

そこで、直線状に硬化したＦＲＰ棒状物を複数本撚合せ
ることで引張性能を維持しながら、可撓性を得ることを
検討したが、撚線を構成するストランドが反発し合って
撚がばらけやすく、安定した撚り状態が得られなかった
。

また、撚線を製造する際には、ストランドとして硬化し
たＦＲＰ線をボビンに巻いて回転しながら供給する必要
があるが、撚工程が複雑となりコスト高を招来する。

一方、ＦＲＰ製ローブ状物を得るために、補強繊維に未
硬化状熱硬化性樹脂を含浸して所定の外径に成形した後
、これを熱可塑性樹脂によって被覆した複合ストランド
を得、これを撚工程で撚合せた後に硬化する方法が公知
である。

しかし、この複合ストランドによる従来のローブ状物の
製造方法では、未硬化状の複合ストランドの製造と、撚
合せ及び硬化の工程が別工程で行なわれるため、未硬化
状熱硬化性樹脂の貯蔵安定性の問題や、ドラム、ボビン
等に巻取る工程で複合ストランド中での補強繊維の片寄
りや乱れが発生し、硬化後の物性が低下するなどの問題
があった。

そこで、本発明者らは、上述の問題が克服できる構造及
び方法、すなわち撚構造による可撓性を具備し、かつ撚
の安定性、生産性、高強度性を有するＦＲＰ製撚製造構
造体成およびその製造方法を鋭意検討して本発明を完成
した。

（発明の構成）上記目的を達成するために、本発明の繊維強化熱硬化性
樹脂製撚構造体は、中心に配置された線条物と、この線
条物の外周に所定のピッチで同一方向に撚合された複数
本の外周ストランドとを有する撚構造体であって、前記
線条物は、繊維強化合成樹脂を硬化させたものを含み、
前記外周ストランドは、補強用繊維素材に未硬化状熱硬
化性樹脂を含浸して、その外周を熱可塑性樹脂で被覆し
た未硬化性複合ストランドを前記線条物に撚合されてか
ら、前記熱硬化性樹脂を硬化したものであり、前記ピッ
チを前記外周ストランドの熱可塑性樹脂被覆層を除く外
径の２５倍以上にしてなることを特徴とする。

また、本発明の撚構造体の製造方法は、外周ストランド
の所要本数に応じて、長繊維状補強繊維に未硬化状の熱
硬化性樹脂を含浸し、これを所定形状に成形して未硬化
状線条物とし、この後に、前記未硬化状線条物を溶融押
出機のダイ部に挿通して、各々の外周を熱可塑性樹脂で
環状に被覆し、しかる後該被覆層を直ちに冷却して内部
が未硬化状の複合状外周ストランドとなし、これを芯ス
トランドとして供給する硬化した繊維強化合成樹脂製線
条物の外周に所定の撚ピッチで撚合せつつ硬化して巻取
ることを特徴とする。

なお、環状とは、外周を継目なく囲った状態をいう。

本発明の線条物あるいは外周ストランドに使用できる補
強用繊維素材は、抗張力性を有するものであれば特にそ
の種類を問わないが、連続繊維状のガラス繊維、芳香族
ポリアミド繊維、カーボン繊維などや、ナイロン、ポリ
エステル、ビニロンなどの合成繊維があげられる。繊維
の含有率は、概ね５０〜７５ｖｏＮ％、より好ましくは
５５〜７０　ｖｏ１％である。また、線条物の合成樹脂
は硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂の何れであってもよ
く、外周ストランドの熱硬化性樹脂としては、不飽和ポ
リエステル樹脂が一般的であるが、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂などであってもよい。

前記補強繊維素材に未硬化状熱硬化性樹脂を含浸させた
ものの外周を被覆する熱可塑性樹脂は、溶融押出による
被覆が容易なものであれば特にその種類を問わないが、
−船釣には、柔軟性、耐低温物性、経済性などからポリ
エチレン系の樹脂や柔軟性の樹脂としてポリアミド樹脂
が推奨される。

中心に配置した線条物の外周に撚合せる外周ストランド
の撚ピッチは、強力保持率などの物性を維持するために
、外周に使用する複合ストランドの熱可塑性樹脂被覆層
を除いた未硬化状線条物の外径の２５倍以上にしなけれ
ばならない。２５倍未満では耐曲げ性がなく、可撓性に
乏しいものとなるとともに、２５倍未満では引張弾性率
が複合ストランドを直線状で硬化したものの８０％以下
である４、０００　ｋｇ／ＮＡ以下となって繊維強化樹
脂による強度への寄与が減殺される。

中心に配置する線条物の形態は、特に問わないが、撚構
造体を光フアイバ担持用スペーサの抗張力線として使用
する場合には、中実の繊維強化合成樹脂製線条物が好適
である。また光フアイバ用パイプとして使用するときは
繊維強化合成樹脂層を含むパイプ状物、鎧装型光ファイ
バケーブルとして使用する場合は光ファイバ例えば、光
フアイバ素線、心線あるいはユニットなどの外周に繊維
強化合成樹脂被覆を一体として形成した線条物が好まし
い。

繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体を製造するに際しては
、未硬化状の複合状外周ストランドを製造する方法は、
本出願人による先願の特公昭５１−４３５０１による方
法を基本として、得ようとする撚構造体の外周ストラン
ド数分だけ同時に熱可塑性樹脂によって被覆し、該被覆
層を直ちに冷却した後、その直後に撚工程に入る。

撚合せは、ボビンなどに巻付けられ、回転撚機に同調し
て回転可能に供給される中心となる線条物、およびその
外周に撚合せる外周ストランドを、まずガイドに通し、
ガイドと回転撚機の間に配置した加熱硬化槽中で撚合せ
ながら硬化する。あるいは硬化槽外で撚合わせた後に硬
化槽で硬化してもよい。

硬化は、複合ストランドの前記熱可塑性樹脂被覆層の軟
化点以下の温度でなされることが、硬化後の撚構造体に
充分な可撓性を与える点で好ましい。

撚合せに際しては外周ストランドの撚合せ時のテンショ
ンＴを、各外周ストランドに使用する補強繊維の単位型
ｆｆｉＷ（ｇ／ｍ）に対してＴ≧（９０００×Ｗ×０．
０５）ＸＩ／３１ｒ）とすることが硬化後の繊維強化熱
硬化性樹脂製撚構造体の引張弾性率や引張強力などの物
性を向上させる点から好ましい。

また、撚構造体の外周に熱可塑性樹脂被覆を撚線の硬化
後に行なう場合であって、撚線の硬化に液状の熱媒体を
使用するときには、撚線の複合ストランド間に液体が入
り、この液体が残存した状態で熱可塑性樹脂被覆を行な
うと、液体が沸騰するなどして被覆表面に凹凸を生ずる
などの障害が発生する場合がある。

この点から、撚線の硬化に熱〆易などの液状熱媒体を使
用する場合には、未硬化状複合ストランドの撚合せ後、
硬化前に撚構造体の外周に熱可塑性樹脂被覆を施し、し
かる後内部の未硬化状樹脂を硬化することが望ましい。

（実　施　例）以下、本発明の好適な実施例について添付図面を参照に
して詳細に説明する。

実施例１本実施例は、第１図に断面を示す繊維強化撚構造体１を
得るものであって、撚構造体１は、中心部に配置された
線条物２と、この線条物２の外周に１５０１の撚りピッ
チで、同一方向に撚合された６本の外周ストランド３，
３・・・・・・とを有しており、撚構造体１の外周には
被覆層４が施されている。

線条物２は、補強繊維５としてＥガラスロービング（日
東紡績製、Ｒ３２８，２８０テクス）を１１本使用し、
この補強繊維５に未硬化の熱硬化性樹脂（三井東圧化学
製、ニスターＨ−８１００）を含浸して外径１．６ｍ＋
＊に絞り成形し、その外周に低密度ポリエチレンの被覆
層６を施した後、１４５℃の温度で前記熱硬化性樹脂を
硬化させ、しかる後に、被覆層６の外径を２．２φに整
形したものである。

外周ストランド３は、補強繊維７として上記と同じもの
を１２本と、１本のガラスケーキ（日本電気ガラス製、
８０テクス）とを併用して（補強繊維の単位重量３．４
４ｇ／ｍ）、この補強繊維７に未硬化の熱硬化性樹脂（
三井東圧化学製、ニスターＨ−８１００）を含浸して外
径を１．７ｍｍに絞り成形し、その外周に低密度ポリエ
チレンで外径２．２ｍｍの被覆層８を施した未硬化状複
合ストランド９を使用した。

撚構造体１の製造工程を第２図に示している。

撚構造体１の製造では、上記線条物２を捲回したボビン
１０を１０　ｒ、ｐ」で回転させながら、線条物２がガ
イド１１の中央孔に供給され（テンション約１．５ｋｇ
）、６個のネルソン型ローラーで引取られた６本の未硬
化状複合ストランド９をガイド１１に設けられた６個の
外周孔にそれぞれ供給しくテンション約２．０ｋｇ）、
硬化槽１３に導入した後線条物２と６本の複合ストラン
ド９とを１０ｒ、ｐ、ｍで回転している回転引取機１４
で引取り、未硬化状複合ストランド９を熱可塑性樹脂被
覆を除く外径１．７１の約８８倍であるピッチ１５０ｍ
＋＊で撚合せつつ１００℃で硬化させた。

このときの引取速度は１．５ｍ／ｗｉｎとし、熱硬化性
樹脂が硬化させられた撚構造体１は、引取機１４と同一
方向に同一回転数で回転している巻取機１５に巻取った
。

そして、巻取った撚構造体１の外周に、図外の押出機に
よりポリエチレンで被覆層４を施しシース外径を７．５
ｍｍとした。

なお、第２図に示した製造工程は、外周ストランド３の
製造に引続いて撚構造体１を得る場合を示しており、補
強繊維７を巻回したボビン３０、繰出された補強繊維７
を整列させるガイド部材３１、熱硬化性樹脂が収容され
た含浸槽３２、樹脂の含浸量を調整する絞り装置３３、
被覆層８を形成する押出機３４、被覆層８を冷却する冷
却槽３５、複合ストランド９を引取る引取りローラー３
６が、ガイド１１の前段に配置されている。

また、第２図に示す符号３７の装置は、乾燥機である。

なお、第２図（Ａ）の押出機３５と硬化槽１３の間は、
理解を容易にするため各ストランド間の間隔を拡げて図
示している。

実施例２本実施例は、第３図に断面を示す繊維強化撚構造体１ａ
を得るものであって、撚構造体１ａは、中心部に配置さ
れた線条物２ａと、この線条物２ａの外周に１５０１の
撚りピッチで、同一方向に撚合された６本の外周ストラ
ンド３，３・・・・・・とから構成されている。

線条物２ａは、第４図に製造工程を示すように、ポリカ
ーボネイト樹脂（帝人化成製、パンライト。

Ｋ−１３００）にて、外径２．０φ、内径１，４φに成
形したパイプ１６を供給し、紫外線硬化型不飽和ポリエ
ステル樹脂（ポリカーボネイト樹脂と接着性を有する）
槽１７に通して、該樹脂を含浸させたガラス繊！（日本
電気硝子製、ＥＲ−２８０Ｆ−１８５，２８０テクス）
１８の１２本をパイプ１６の外周に沿わせて絞りガイド
１９に挿通し、外径を２．５φに成形して紫外線照射装
置２０にて硬化させて巻取ったものである。

撚構造体１ａは、第２図に示した工程と同じ装置類を使
用し、パイプ状線条物２ａを中心に、実施例１と同じ構
成の６本のストランド３をその外周に配置して撚りピッ
チ１５０ＩＩＩ１１で撚合せつつ１００℃で硬化して巻
取った後、被覆層４を施した。

実施例３本実施例は、第５図に断面を示す繊維強化撚構造体１ｂ
を得るものであって、撚構造体１ｂは、中心部に配置さ
れた線条物２ｂと、この線条物２ｂの外周に後述する外
周ストランドの熱可塑性樹脂被覆を除く外径である１、
３＋ｎに対して約１１５倍である１５０關の撚りピッチ
で、同一方向に撚合された６本の外周ストランド３．３
・・・・・・とから構成されている。

線条物２ｂは、シリコン被覆された０、４φ径の光ファ
イバ２１の外周に、熱硬化性樹脂で補強繊維を一体的に
結着したＦＲＰ層２２を施して、外径を１．０φにし、
ＦＲＰ層２２の外周にポリエチレン被覆層２３を施して
、最終外径を１．８φにしたものである。

外周ストランド３ａは、補強繊維７ａとしてガラスロー
ビング（日東紡績製品、Ｒ３２８，２８０テクス）７本
と、８０テクスガラスケ一キ１本とを併用しく補強繊維
の単位型ｆｆ１２．０４ｇ／ｍ）この補強繊維７ａに未
硬化の熱硬化性樹脂（三井東圧化学製、ニスターＨ−８
１００）を含浸して１．３φに絞り成形し、その外周に
低密度ポリエチレンの被覆層８ａを施して１．７φに成
形したものである。

撚構造物１ｂの製造方法としては、実施例１と同じ装置
類を使用し、線条物２ｂのガイド１１への供給テンショ
ンを１．５ｋｇとし、外周ストランド３ａの供給テンシ
ョンは９００ｇにした。

そして、撚構造体１ｂの外周には、最終外径が６．０φ
となる被覆層４を形成した。

以上の実施例１〜３の撚構造体の構成および得られた撚
構造体の物性値を以下の表にまとめて示している。

なお、実施例１において、外周ストランドの熱可塑性樹
脂被覆層を除く外径に対する撚りピッチを、２５倍、４
０倍、５０倍としたときの撚構造体の引張弾性率は、そ
れぞれ４，１００　、４，４００　、４゜５５０ｋｇ／
ｓであるのに対して、２０倍のときは３゜９００ｋｇ／
−であった。

実　　験　　１複合状外周ストランド中のＦＲＰ未硬化状線条物を硬化
させる際の温度が撚構造体の物性に与える影響を調べる
ために、硬化条件及び−次被覆層の熱可塑性樹脂材料を
種々変えてサンプルを作成した。

硬化は、シリコンオイルを満した槽を通過させることに
より行った。

まず、中心に配置する線条物として、補強繊維としてガ
ラスロービング（日東紡績製、Ｒ８２８゜２８０テクス
）を１３本使用し、この補強繊維を未硬化状の不飽和ポ
リエステル樹脂（三井東圧化学製：エスターＨ−８１０
０）及び硬化用過酸化物触媒を混合した樹脂浴に導き、
樹脂を補強繊維に含浸し、しかる後外径１．７ｍｍに絞
り成形した後、これをクロスへラドダイに挿通して、直
鎖状低密度ポリエチレン（日本ユニカー製：ＭＧ２１１
）にて被覆を施した後、１４５℃の蒸気槽中で前記不飽
和ポリエステル樹脂を硬化させて外径２゜２　＋ｎ＋ｓ
の複合線条物を得た。

一方、複合状外周ストランドとして、補強繊維及び熱硬
化性樹脂、外径寸法は前記線条物と同一とし、この未硬
化状物の外周を被覆する樹脂を、軟化点の異なる直鎖状
低密度ポリエチレン及びナイロン１２による被覆のもの
とした。

実施例１と同様に中心に配置する前記線条物を供給する
一方、前記の各複合状外周ストランドをそれぞれ供給し
てＩＸ７タイプの撚構造体とすべく回転引取機を回転し
ながらピッチ２６０　ｍ＋＋ｓに撚合せし、これと連続
する硬化工程の硬化温度及び硬化槽内の滞留時間を変化
させる実験を行った。

得られた外周ストランドの被覆あるいは硬化条件の異な
る各サンプルにつき、曲げ剛性を次の方法でΔｌ定した
。

まず、各サンプルを４００　ｍｍの長さに切断し、これ
を２５０　ｍｍ直径の半円状に曲げるに要する力を台秤
にて測定した。

また、外周ストランドにおいて、ＦＲＰ素線と被覆樹脂
層との接着の度合について、接着強度測定用サンプルと
して１本の外周ストランドを上記の撚構造体の硬化条件
で硬化し、これをサンプルとして、被覆層の端部制約６
０ｍｍについて被覆を剥ぎ、この残部的５０　ｍｍにカ
ッターにより切込みを長手方向に入れ、裸状のＦＲＰ部
分および上記の剥いだ被覆の部分をそれぞれ引張試験機
のチャックに把持して５０ｍｍ／分の速度で引っ張って
、被覆層をＦＲＰ素線から剥離させるに要する力、すな
わち１８０”引張剥離試験を行なった。

以上の実験条件及び結果をまとめて第２表に示す。これ
らの結果より、撚構造体の硬化にあたっては、外周スト
ランドの熱可塑性樹脂の軟化点近傍を境界にして曲げ剛
性、及び接着強力が変化することから、より可撓性に富
む撚構造体を望む場合は、被覆層の樹脂の選択及び硬化
条件を配慮すればよいことがわかった。

第２表素線Ｇ−２゜２×１゜（発明の作用・効果）以上、実施例で詳細に説明したように、本発明に係る撚
構造体および製造方法では、外周ストランドの熱硬化性
樹脂が未硬化の状態で、その熱可塑性樹脂被覆層を除く
外径の２５倍以上の撚りピッチで撚合せて、この後に該
樹脂を硬化させるので、外周ストランドの反発、バラケ
がない安定した撚り状態が得られる。

また、撚構造体の全体を熱可塑性樹脂により被覆すれば
、さらに耐曲げ性が向上できる。

一方、本発明の方法によれば、所要ストランド本数の未
硬化状複合ストランドの製造に連続して、これらを所定
の条件で撚合せるので上記の高物性の撚構造体が得られ
、複合ストランドの製造と撚工程、その後の硬化工程等
に分けていた従来の方法に比べて著しく工程の合理化が
図られ、また、多工程に分けた場合の未硬化状複合スト
ランドの貯蔵安定性や、物性の低下などの問題も克服で
きる。

なお、上記の本発明による撚構造体は、そのままで、あ
るいは二次被覆して光フアイバケーブルの要素として使
用される光フアイバ担持用スペーサのテンションメンバ
ーとして使用され、また、請求項２の撚構造体では、パ
イプ状の線条物中に光ファイバを挿通した光ファイバ、
あるいは請求項３の撚構造体は、高い抗張力と可撓性を
有する鎧装型の光フアイバコードとして屋外線、屋内線
などとして使用できるなど、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の第１実施例を示してお
り、第１図は撚構造体の第１実施例を示す断面図、第２
図は同撚構造体の製造方法の工程説明図である。第３図および第４図は、本発明の第２実施例を示してお
り、第３図は撚構造体の第２実施例を示す断面図、第４
図は同撚構造体で用いる線条物の製造工程を示す説明図
、第５図は本発明の第３実施例に係る撚構造体の断面図
である。１、ｌａ、ｌｂ・・・・・・撚構造体２．２ａ、２ｂ・・・・・・線条物３．３ａ・・・・・・外周ストランド４・・・・・・・・・被覆層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中心に配置された線条物と、この線条物の外周に
所定のピッチで同一方向に撚合された複数本の外周スト
ランドとを有する撚構造体であって、前記線条物は、繊
維強化合成樹脂を硬化させたものを含み、前記外周スト
ランドは、補強用繊維素材に未硬化状熱硬化性樹脂を含
浸して、その外周を熱可塑性樹脂で被覆した未硬化状複
合ストランドを前記線条物に撚合されてから、前記熱硬
化性樹脂を硬化したものであり、前記ピッチを前記外周ストランドの熱可塑性樹脂被覆層
を除く外径の２５倍以上にしてなることを特徴とする繊
維強化熱硬化性樹脂製撚構造体。
（２）前記線条物は、繊維強化合成樹脂製のパイプ状物
であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱硬化
性樹脂製撚構造体。
（３）前記線条物は、光ファイバの外周を繊維強化熱硬
化性樹脂で被覆された強化光ファイバであることを特徴
とする請求項１記載の繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体
。
（４）前記撚構造体は、その外周に熱可塑性樹脂の被覆
層を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか
１項記載の繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体。
（５）外周ストランドの所要本数に応じて、長繊維状補
強繊維に未硬化状の熱硬化性樹脂を含浸し、これを所定
形状に成形して未硬化状線条物とし、この後に、前記未
硬化状線条物を溶融押出機のダイ部に挿通して、各々の
外周を熱可塑性樹脂で環状に被覆し、しかる後該被覆層
を直ちに冷却して内部が未硬化状態の複合状外周ストラ
ンドとなし、これを芯ストランドとして供給する硬化し
た繊維強化合成樹脂製線条物の外周に所定の撚ピッチで
撚合せつつ硬化して巻取ることを特徴とする繊維強化熱
硬化性樹脂製撚構造体の製造方法。
（６）前記撚合せにおいて、各外周ストランドのテンシ
ョンＴが各外周ストランドに使用する補強繊維の単位重
量Ｗ（ｇ／ｍ）に対してＴ≧（９０００×Ｗ×０．０５）／３（ｇ）の関係式を
満足してなることを特徴とする請求項５記載の繊維強化
熱硬化性樹脂製撚構造体の製造方法。
（７）前記複合状外周ストランドの撚合せ後の硬化は、
該外周ストランドの前記熱可塑性樹脂被覆層の軟化点以
下の温度でなされることを特徴とする請求項５記載の繊
維強化熱硬化性樹脂製撚構造体の製造方法。
（８）前記外周ストランドを所定の撚ピッチで撚合せた
後、その外周を熱可塑性樹脂で被覆し、しかる後硬化す
ることを特徴とする請求項５記載の繊維強化熱硬化性樹
脂製撚構造体の製造方法。