JPH04201549A - 繊維強化樹脂管の製造方法 - 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、繊維強化樹脂管の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

合成樹脂管は、金属管と比較して軽量でかつ結びないと
いう優れた特性を有しているため、従来より広く用いら
れている。しかしなから、合成樹脂管は、金属管より耐
圧性及び耐衝撃性において劣っている。そこでこの問題
を解決するため、熱可塑性樹脂管の外面に連続強化繊維
が管の長手方向に配されている熱硬化性樹脂強化層を形
成した複合管及び同外面に連続強化繊維が管の略周方向
に配されている熱硬化性樹脂強化層を形成した複合管が
提案されている（特公昭６２−７７３号公報、特開昭５
７−１０００３０号公報及び特開昭５９−４８１２０号
公報参照）。

上記複合管は、耐圧性及び耐衝撃性に優れている。とく
に連続強化繊維が管軸方向に配されているものは、管の
熱収縮が小さく、配管ラインの管の熱収縮によるトラブ
ルか少ないという利点を有している。

〔発明が解決しようとする課膠〕

上記複合管は、しかし、なから、強化層が熱硬化性樹脂
であるために内層の熱可塑性樹脂層との接着力が弱く、
複合管に温水を流したり高温下で使用した場合、熱可塑
性樹脂層と強化層との線膨張率の差により、熱可塑性樹
脂層と強化層との界面に剥離が発生し易いという問題が
あった。

この発明の目的は、耐圧性及び耐衝撃性に優れ、しかも
温水を流したり高温下で使用した場合にも全く問題がな
い繊維強化樹脂管を容易かつ連続的にうろことかできる
製造方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による繊維強化樹脂管の製造方法は、上記の目
的を達成するために、長手方向に配された連続強化繊維
に熱可塑性樹脂か保持されてなる第１強化層用シート状
繊維複合体から、管状体を連続成形する工程と、管状体
を前進させつつその内面にそい内層用熱可塑性樹脂を溶
融状態で押出して積層し、強化繊維が軸方向に配された
第１強化層を有する熱可塑性樹脂内層を形成することに
より２層管となす工程と、２層管をそのまま前進させつ
つその外周に、長手方向に配された連続強化繊維に熱可
塑性樹脂が保持されてなる第２強化層用テープ状または
ひも状繊維複合体をスパイラル状に巻付けるとともに、
これを第１強化層に融着し、第１強化層の外面に強化繊
維が略周方向に配された第２強化層を形成することによ
り３層管となす工程とを含むことを特徴とするものであ
る。

第１および第２強化層に用いられる強化繊維としては、
熱可塑性樹脂の強化用として使用可能な連続繊維のすべ
てが用いられる。具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、
シリコン・チタン・炭素繊維、ボロン繊維、微細な金属
繊維なとの無機繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、エ
コノール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維など
の有機繊維をあげることかできる。

そして、この連続強化繊維は、直径１〜数１０μｍの連
続フィラメントよりなるロービング状またはストランド
状のものが用いられる。第１強化層用の強化繊維と第２
強化層用の強化繊維とは、同じ種類および異なる種類の
いずれでもよい。

また連続強化繊維は、両繊維複合体ともにそれぞれ長手
方向に配されるか、これの外に第１強化層用シート状繊
維複合体の場合、長手方向に配された連続強化繊維と直
交ないし交差する連続強化繊維または有限長さの繊維を
配してもよいし、有限長さの繊維からなるクロス状繊維
材やネット状繊維材を配することも可能である。

第２強化層用テープ状繊維複合体の場合は、長手方向に
配された連続強化繊維に加えて上記同様の有限長さの繊
維を含ませてもよい。

内層用熱可塑性樹脂としては、管状に押出し成形可能な
ものであればとくに限定されないか、具体的には、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、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボ
ネート、ポ、リフエニレンサルファイド、ポリスルホン
、ポリエーテルエーテルケトンなどがあげられる。

これらの熱可塑性樹脂は、管の使用目的に応して単独で
または複数の混合物として用いることかできる。そして
前記熱可塑性樹脂には、熱安定剤、可塑剤、滑剤、酸化
防止剤、紫外線吸収剤、顔料、強化繊維のような添加剤
、無機充填材、加工助剤、改質剤などを配合してもよい
。

第１及び第２強化層用の熱可塑性樹脂は、内層用熱可塑
性樹脂と同一である必要性は格別になく、融着性のよい
熱可塑性樹脂であればよい。

しかしながら、第２強化層の熱可塑性樹脂を、内層用熱
可塑性樹脂に対する融着性よりも直接に接する第１強化
層用熱可塑性樹脂に対する融着性の方が大きいものとす
る方が好ましく、このようにすれば第１強化層と第２強
化層の層間接着性が高くなり、優れた繊維強化樹脂管が
得られる。なお、ここにいう融着性とは、双方の樹脂を
溶融状態になるまで加熱したうえで圧着し、冷却後融着
した界面が容易に破断しないことをいう。

第１強化層用シート状繊維複合体の幅は、こ、　れより
成形せられる管状体の外周長さと略等しく、また厚みは
第１強化層の所望厚みにより決められるが、通常は０．
１！１１〜３ｍｍである。またシート状繊維複合体中の
繊維量は、５〜７０容量％である。５容量％未満では充
分な補強効果が得られず、７０容量％を超えると熱可塑
性樹脂内層と第２強化層との融着性が低下し充分に界面
か融着しない。

第２強化層用繊維複合体の幅及び厚みはとくに限定され
ないが、テープ状の繊維複合体の場合には、幅１０〜１
００　ｎ＋ｍ、厚み０．１ｍｍ〜３ＩＩ１１のものが用
いられる。またひも状の場合には、直径０．５〜５ｍｍ
程度のものが用いられる。

第１強化層に第２強化層用テープ状またはひも状繊維複
合体を融着するには、これを１本または複数本加熱しな
がら第１強化層に巻付けるか、または巻付けた後にこれ
を第１強化層とともに加熱し、両者の熱可塑性樹脂を互
いに融着する。テープ状またはひも状繊維複合体を複数
本用いる場合には、すべてを同一方向に巻付けてもよい
し、巻角度をそれぞれ変えて巻付けてもよく、さらには
巻方向をそれぞれ変えてもよい。

連続強化繊維に熱可塑性樹脂を保持させる方法は、多数
のフィラメントよりなるロービング状またはストランド
状の束状連続強化繊維を、（ｆ）粉体状熱可塑性樹脂の
流動床中を通過させる方法、（ｉｔ）粉体状熱可塑性樹
脂を分散した液体の槽中を通過させて粉体状熱可塑性樹
脂をフィラメント間に含浸させ、続いて溶融温度以上に
加熱して繊維と樹脂を一体化せしめるか、または樹脂を
含浸させた後いったん乾燥し、つぎに溶融温度以上に加
熱して繊維と樹脂を一体化せしめ、その後シート状、テ
ープ状またはひも状に成形する方法か採用される。なお
、溶融粘度が低い樹脂の場合には、上記束状連続強化繊
維を溶融樹脂の槽中に浸漬してこれに樹脂を含浸させる
方法も可能である。

第２強化層の外面にさらに熱可塑性樹脂外層を設けても
よい。この場合外層に用いる熱可塑性樹脂には、とくに
制限はなくすべての熱可塑性樹脂を用いることができる
が、もちろん第２強化層に用いられている熱可塑性樹脂
と融着性のよい熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。

〔作　　用〕

この発明による繊維強化樹脂管の製造方法は、長手方向
に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂か保持されてな
る第１強化層用シート状繊維複合体から、管状体を連続
成形した後、管状体を前進させつつその内面にそい内層
用熱可塑性樹脂を溶融状態で押出して積層し、強化繊維
が軸方向に配された第１強化層を有する熱可塑性樹脂内
層を形成することにより２層管となし、２層管をそのま
ま前進させつつその外周に、長手方向に配された連続強
化繊維に熱可塑性樹脂が保持されてなる第２強化層用テ
ープ状またはひも状繊維複合体をスパイラル状に巻付け
るとともに、これを第１強化層に融着し、第１強化層の
外面に強化繊維か略周方向に配された第２強化層を形成
することにより３層管となすものであるから、内層、第
１強化層及び第２強化層の境界においてそれぞれ熱可塑
性樹脂か順次連続的に融着一体化する。しかも上述のよ
うに、シート状繊維複合体から管状体を成形するにさい
し、その両縁部重ね合わせその後重合両縁部を加熱融着
するから、両縁部を単に突き合わせた場合と異なり、両
縁部間に隙間が生じるおそれがないばかりか、前記融着
後に管状体の内面にそい内層用熱可塑性樹脂を溶融状態
で押出して積層するものであるから、安定した積層を行
ないうる。

〔実　施　例〕

まず、この発明の実施に使用する装置につき、図面を参
照して説明する。以下の説明において、前とは第１図の
右方向をいうものとする。

第１図ないし第３図に示す繊維強化樹脂管の製造装置は
、第１強化層用シート状繊維複合体（ＡＩ）が巻回され
ている巻戻しロール（１）と、その前方に配置されかつ
先端部が前向き直角に折曲げられ１．その外周部が横断
面円形の内金型（２）となされた内層熱可塑性樹脂押出
し用第１押出機（３）と、第１押出機（３）の後部−側
方に配置された加熱手段（４）と、内金型（２）を両側
から挾んでいる一対の鼓状賦形ロール（５）と、第１押
出機（３）の先端部の軸心に設けられかつ内金型（２）
より前方に突き出した突出部（６ａ）を有するコア（６
）と、内金型（２）の先端部分からコア（６）の突出部
（６ａ）の先端までのびている外金型（７）と、外金型
（７）の後部に同心状に配置せられかつ外金型（７）に
向って内径が次第に狭められたテーパー状導入口（８ａ
）を有するガイド部材（８）と、一対の賦形ロール（５
）とガイド部材（８）との間に配置された加熱手段（９
）と、外金型（７）の前方に配置されたテープ状繊維複
合体（ＣＩ）の巻付機（ｌＯ）と、その巻付は位置の一
側方に配された加熱手段（１１）と、加熱手段（１１）
の前方に配置された外層熱可塑性樹脂押出し用第２押出
機（１２）と、第２押出機（１２）の先端に外金型（７
）と同心状に設けられた被覆金型（１３）と、被覆金型
（１３）の前方に配置された冷却装置（１４）と、冷却
装置（１４）の前方に配置せられた引取機（１５）とを
備えているものである。

内金型（２）と一対の鼓状賦形ロール（５）との間には
、第１強化層用シート状繊維複合体（Ａ１）の両縁部（
ａ）を重ね合わせて成形すべき管状体（Ａ２）の厚み分
の間隙が設けられている。コア（６）の内金型内部分（
６ｂ）は小径であり、内金型（２）の先端近くから逆円
錐状に太くなって突出部（６ａ）では大径の円柱状とな
っている。この突出部（６ａ）と管状体（Ａ２）との間
には、第１押出機（３）から押出されてくる溶融樹脂（
Ｂ１）により形成せられる熱可塑性樹脂内層（Ｂ２）の
厚み分の間隙が設けられている。

第４図は、シート状繊維複合体（Ａ１）から管状体（Ａ
２）を形成するため、一対の賦形ロール（５）を用いる
代わりに、賦形金型（２７）を加熱手段（９）の後方に
設けた変形例を示す。

上記シート状繊維複合体（ＡＩ＞及びテープ状繊維複合
体（Ｃ１）は、第５図に示す流動床装置（１６）を用い
て製造する。

この流動床装置（１Ｂ）の槽底は多孔板（１７）で形成
せられており、気体供給路から送られてきた空気や窒素
などの気体（Ｇ）が多孔板（１７）の下方からこれの多
数の孔を通って上方に噴出せしめられる。その結果、流
動床装置（１６）の槽内に入れられた粉体状熱可塑性樹
脂は、噴出気体（Ｇ）によって流動化状態となり流動床
（１？）か形成される。流動床装置（１６）の槽内及び
その前後壁上端には、束状強化繊維を案内するためのガ
イド・ロール（１８）が設けられている。

上記流動床装置（１６）を用い、巻戻しロール（１９）
から多数の連続フィラメントよりなる束状強化繊維（Ｆ
１）１０本を、巻取りロール（２０）によりひねりか生
じないようにしながら巻戻し、粉体状熱可塑性樹脂の流
動床（Ｒ）中を通過させ、束状強化繊維（Ｆ１）の各フ
ィラメントに粉体状樹脂を付着させる。粉体状熱可塑性
樹脂としては、酢酸シニルー塩化ビニル共重合体（酢酸
ビニル量８％、平均粒径２５０μｍ）を用い、強化繊維
としては直径２３μｍのフィラメントよりなるロービン
グ状ガラス繊維（４４００ｔｅｘ）を用いた。

粉体状熱可塑性樹脂付着強化繊維（Ｆ２）を約１８０℃
に加熱された１対の加熱ロール（２１）を通過させて加
熱・加圧し、熱可塑性樹脂を溶融させてこれを強化繊維
と一体化せしめ、厚み０゜６ｍｌ１１の繊維複合体（Ｆ
３）を得、これを巻取りロール（２０）に巻取った。こ
の繊維複合体（Ｆ３）の熱可塑性樹脂と強化繊維との容
量割合は、熱可塑性樹脂７５％、強化繊維２５％であっ
た。

上記繊維複合体（Ｆ３）を切断し、連続強化繊維が長手
方向に配された幅９１ｍｍ、厚み０．６１のシート状繊
維複合体（Ａ１）を、また連続強化繊維か長さ方向に配
された幅２３．５ｍｍ、厚み０゜６ｍ１ｌｌのテープ状
繊維複合体（Ｃ１）をそれぞれ得た。

上記のようにして製造された第１強化層用シート状繊維
複合体（ＡＩ）を第１図の巻戻しロール（１）に移し、
これを巻戻しつつ加熱手段（４）である熱風発生機によ
り熱風を吹付けて加熱し、つぎに第１強化層用シート状
繊維複合体（ＡＩ）の、　　両縁部（ａ）を重ね合わせ
て賦形ロール（５）と内金型（２）とにより外径２９■
、厚み０．６１１１ｍの管状体（Ａ２）に連続成形する
。

賦形ロール（５）により成形された管状体（Ａ２）を加
熱手段（９）である赤外線ヒータにより溶融可塑化状態
になるように加熱した後、ガイド部材（８）を通して内
金型（２〉及びコア（６）の突出部（６ａ）と、外金型
（７）との間の環状間隙に導き入れる。このさい内金型
（２）、コア（６）及び外金型（７）は２００℃に加熱
されており、ここで重合両縁部（ａ）は融着される。

重合両縁部（ａ）が重合された管状体（Ａ２）を前進さ
せつつその内面にそって第１押出機（３）より内層用熱
可塑性樹脂（Ｂ１）を溶融状態で押出して積層し、強化
繊維が軸方向に配された第１強化層（Ａ３）を有する厚
み１．５ｆｆｉｍの熱可塑性樹脂内層（Ｂ２）を形成す
ることにより外径２９＋ｎｎの２層管となす。内層用熱
可塑性樹脂（Ｂ１）としては、塩素化ポリ塩化ビニル（
塩素化度６４重量％）を用いた。

２層管をそのまま前進させつつその外周に、巻付機（１
０）により第２強化層用テープ状繊維複合体（Ｃ１）を
軸方向に対して７５°の角度でスパイラル状に巻付ける
とともに、加熱手段（１１）である赤外線ヒータにより
、２層管及びテープ状繊維複合体くＣ１）を加熱し、後
者を第１強化層（Ａ３）に融着して第１強化層（Ａ３）
の外面に強化繊維が略周方向に配された第２強化層（Ｃ
２）を形成することにより３層管となす。

３層管を被覆金型（１３）に導き、第２゛押出機（１２
）により′溶融可塑化された外層用熱可塑性樹脂を第２
強化層（Ｃ２）の外周に押出してこれを被覆し、厚み１
ｍｍの熱可塑性樹脂外層（Ｄ）を形成した後、冷却装置
（１４）で冷却サイジングを施し、４層管となす。外層
用熱可塑性樹脂としてはポリ塩化ビニルを用いた。上記
一連の工程を引取機（１５）で引き取りつつ行ない、第
６図に示すような４層の複合管よりなる内径２４．８ｍ
ｍ、外径３２．２ｍｍの繊維強化樹脂管（Ｅ）を連続的
に製造した。

上記において、加熱手段（４）を配する代わりに、一対
の賦形ロール（５）にヒータを内蔵せしめ、これをシー
ト状繊維複合体（ＡＩ）の軟化温度以上に加熱するよう
にしてもよい。

また２層管の外周にテープ状繊維複合体（Ｃ１）を巻付
けるさい、２層管が変形するのを防止するため、コア（
６）の突出部（６ａ）をその巻付は位置まで突出させて
もよいし、あるいはコア（６）の先端より２層管の内部
に冷却空気を吹込み２層管の内面を冷却しつつテープ状
繊維複合体くＣＩ）を巻付けてもよい。

また冷却サイジングを行なう冷却装置（１４）としては
水槽が一般的であるが、これに限られる　　・ものでは
ない。

なお、加熱手段（４）の位置は図示の場所に限定されな
いし、場合によってはこれを省くこともできる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、内層、第１強化層及び第２強化層の
各境界においてそれぞれ熱可塑性樹脂が順次連続的に融
着一体化し、しかも第１強化層に補強繊維の存在しない
部分の生しることがない優れた繊維強化樹脂管を容易か
つ連続的にうることかできる。

そして得られた繊維強化樹脂管の第１強化層には、管の
軸方向に連続強化繊維か配されているので、管の線膨張
か抑制され、その結果、熱収縮量が少なくなって各層の
界面での剥離が発生しにくくなる。また第２強化層には
、管の略周方向に連続強化繊維が配されているので、第
２の強化層により管の耐圧性及び耐衝撃性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に用いられる繊維強化樹脂管の
製造装置の一部切欠平面図、第２図及び第３図はそれぞ
れ第１図の■−■線及び■−■線にそう断面図、第４図
は管状体成形部分の変形例を示す一部を切欠いた部分平
面図、第５図は流動床装置の垂直断面図、第６図はこの
発明により得られた繊維強化樹脂管の部分斜視図で、外
層、第２強化層及び第１強化層が順次一部切欠かれてい
る。 （Ａ１）・・・第１強化層用シート状繊維複合体、（Ａ
２）・・・管状体、（Ａ３）・・・第１強化層、（Ｂ１
）・・・内層用熱可塑性樹脂、（Ｂ２）・・・熱可塑性
樹脂内層、（Ｃ１）・・・第２強化層用テープ状繊維複
合体、（Ｃ２）・・・第２強化層。 以上 特許出願人　　積水化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）長手方向に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂が
   保持されてなる第１強化層用シート状繊維複合体（Ａ１
   ）から、管状体（Ａ２）を連続成形する工程と、 ｂ）管状体（Ａ２）を前進させつつその内面にそい内層
   用熱可塑性樹脂（Ｂ１）を溶融状態で押出して積層し、
   強化繊維が軸方向に配された第１強化層（Ａ３）を有す
   る熱可塑性樹脂内層（Ｂ２）を形成することにより２層
   管となす工程と、 ｃ）２層管をそのまま前進させつつその外周に、長手方
   向に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂が保持されて
   なる第２強化層用テープ状またはひも状繊維複合体（Ｃ
   １）をスパイラル状に巻付けるとともに、これを第１強
   化層（Ａ３）に融着し、第１強化層（Ａ３）の外面に強
   化繊維が略周方向に配された第２強化層（Ｃ２）を形成
   することにより３層管となす工程 とを含む繊維強化樹脂管の製造方法。