JPH04201550A - 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〕

繊維強化樹脂管は、金属管と比べて軽量で錆びないし、
また合成樹脂管に比べて高強度であるため、配管用部材
や構造部材として広く用いられている。

従来、繊維強化樹脂管は、液状の熱硬化性樹脂を含浸さ
せた連続強化繊維をマンドレル上に巻付け、そのまま加
熱炉内で加熱して樹脂を硬化させた後、マンドレルを抜
取る方法（フィラメントワインディング法）により製造
されていた。

上記従来の方法では、製造がバッチ方式となるので管長
さに限度があるばかりでなく、熱硬化性樹脂を加熱硬化
させるために長時間を要し、生産性に劣るという問題が
あった。

そこで、上記の問題を解決するため、強化繊維に熱硬化
性樹脂を予め含浸したプリプレグをマンドレルに積層し
、これをホットダイを通して連続的に引抜いて管に成形
する方法（特開昭６２−１１９０２７号公報参照）及び
マンドレルに熱可塑性樹脂を含浸した強化繊維を巻付け
て管状体となし、つぎに管状体をマンドレルとともに熱
可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱した後、金型に入れて
加熱冷却し、最後にマンドレルを引抜いて管を得る方法
（特開昭６２−２４４６２２号公報参照）が知られてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

一上記２つの方法では、いずれも成形後、マンドレルを
抜取る工程が必要であるため、なお生産性に劣るばかり
でなく、マンドレルの長さ以上の管を製造することがで
きないという難点がある。

この発明の目的は、マンドレルを使用しながらマンドレ
ルを抜取る工程を必要とせず、しかも長尺の繊維強化樹
脂管を能率よく連続的に製造する方法を提供することに
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、一端が支持された横断面円形のマ
ンドレルに、その支持端側から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シート状繊維
複合体を供給し、マンドレル上を前進させつつマンドレ
ルを密に囲ましめることにより管状体となす工程と、管
状体をマンドレルにそって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
が保持されてなるテープ状またはひも状繊維複合体の少
なくとも１つをスパイラル状に巻付けて管状体に融着す
る工程とを含むことを特徴とするものである。

シート状繊維複合体およびテープ状またはひも状繊維複
合体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使用できる。

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、微細な金属繊維などの無機繊
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
ることができる。

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およびストランド
状のもの、あるいはクロス状やネット状に加工されたも
のが用いられる。

また側繊維複合体には、上記連続強化繊維の他に、短い
強化繊維を含ませてもよい。また側繊維複合体に用いら
れる連続強化繊維は、同じ種類および異なる種類のいず
れでもよい。

側繊維複合体中の繊維量は、５〜ｂ 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％を超えると融着が困難となる。

側繊維複合体に用いられる熱可塑性樹脂としては、とく
に限定されず、管の使用目的に適したものが採択される
。具体的には、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、ポリフェ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、管の使用目的に応じて単独でまたは複数
の混合物として用いることができる。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。また使用する連続強
化繊維との接着性を改良するための改質を施してもよい
。側繊維複合体の熱可塑性樹脂は、同一である必要性は
特になく、融着性のよい熱可塑性樹脂であればよい。

シート状繊維複合体の幅は、使用するマンドレルの外周
長さと路間−かまたはそれを超える長さのものが好まし
い。前者の場合には１枚のシート状繊維複合体の両端を
突合わせ、後者の場合には両縁部を重合わせた状態で管
状体に賦形する。またマンドレルの外周長さ未満の幅を
有するシート状繊維複合体を複数枚使用し、これらでマ
ンドレルを密に囲んで管状体に賦形してもよい。

シート状繊維複合体の厚みは、０．１〜１０■であり、
特に０．５〜５１１ＩＩが好ましい。０゜１■未満では
、マンドレル上を前進させながら管状体に賦形するのに
強度が不十分であり、また１０■を超えると管状体に賦
形するのが困難となる。

テープ状繊維複合体の場合には、幅１０〜１００ｍｍ、
厚み０．１〜１０ｍｍのものが、またひも状繊維複合体
の場合には、直径が０．１〜ＩＣ１＋ｓのものが使用さ
れる。厚み及び直径が０゜ｌｌｌ１１未満であると補強
効果が充分でなく、１０Ｉｌｌを超えると巻付けにくく
なる。

巻付けるテープ状またはひも状繊維複合体は、１本およ
び複数本のいずれでもよい。複数本の場合には、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。

テープ状またはひも状繊維複合体を管状体の外周に融着
するには、これを１本または複数本加熱しながら巻付け
るかまたは巻付けた後にこれを管状体とともに加熱し、
両者の熱可塑性樹脂を互いに融着する。

連続強化繊維に熱可塑性樹脂を保持させる方法としては
、公知の方法がすべて採用可能であり、例えば（Ｉ）連
続強化繊維を、粉体状熱可塑性樹脂の流動床中を通過さ
せ、粉体状熱可塑性樹脂を繊維フィラメントに付着させ
た後加熱し、繊維と樹脂を一体化せしめる方法、（１１
）連続強化繊維を、熱可塑性樹脂のエマルジョン中を通
過させた後、加熱する方法及び（Ｉｌ１）連続強化繊維
とフィルム状熱可塑性樹脂を積層し、加熱加圧する方法
等が採用される。

〔作　　　用〕

この発明による繊維強化樹脂管の製造方法は、一端が支
持された横断面円形のマンドレルに、その支持端側から
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
されてなるシート状繊維複合体を供給し、マンドレル上
を前進させつつマンドレルを密に囲ましめることにより
管状体となし、管状体をマンドレルにそってそのまま前
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テープ状またはひも
状繊維複合体の少なくとも１つをスパイラル状に巻付け
て管状体に融着するものであるから、マンドレルの長さ
に制限されることなく管を成形しうるし、しかも管成形
後にマンドレルを抜取る必要がない。

〔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図お
よび第７図の右方向をいうものとする。

実施例１ 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
、シート状繊維複合体（Ａ１）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、シート状繊維複合体（Ａｔ）の巻
戻し方向にのびている横断面円形（外径４８■）のマン
ドレル（２）と、マンドレル（２）の後部−側方に配置
された加熱手段（３）と、その前方においてマンドレル
上２）を両側から挾んでいる一対の鼓状賦形ロール（４
）と、賦形ロール（４〉の前方に前後して配置されかつ
２本のテープ状繊維複合体（Ｂ）　（Ｃ）をそれぞれ巻
付ける第１及び第２巻付機（５）　（８）と、両巻材は
位置の一側方に配置された第１及び第２加熱手段（７）
　（８）と、第２巻付機（６）の前方に配置された冷却
手段（９）と、冷却手段り９）の前方に配置された引取
機（１０）とを備えている。

マンドレル（２）と一対の鼓状賦形ロール（４）との間
には、成形すべき管状体（Ａ２）の厚み分の間隙が設け
らている。マンドレル（２）の巻戻しロール側の端部は
支持体（図示路）により支持固定されており、他端は第
２巻付機（６）の若干前方までのびている。

上記３つの繊維複合体（Ａ１）（Ｂ）（Ｃ）は、第４図
に示す流動床装置（１１）を用いて製造する◎この流動
床装置（１１）の槽底は多孔板（１２）で形成されてお
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（１２）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（
１１）の槽内に入れられた粉体状熱可塑性樹脂は、噴出
気体によって流動化状態となり流動床（Ｒ）が形成され
る。

流動床装置（１１）の槽内及びその前後壁上端には、連
続強化繊維を案内するためのガイドロール（１３）が設
けられている。

上記流動床を用い、巻戻しロール（１４）から多数の連
続フィラメントよりなる束状強化繊維（Ｆ１）１２本を
、巻取りロール（１５）によりひねりが生じないように
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
粉体状熱可塑性樹脂を付着させる。粉体状熱可塑性樹脂
としては、ベレット状ナイロン１２樹脂を冷凍粉砕して
粉体状（平均粒径２００μｍ）にしたものを用いた。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２１０℃に
加熱された一対の加熱ロール（１６）及びビンチロール
（１７）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１１ＩＩ
ＩＩｌのシート状繊維複合体（Ｆ３）を得、これを巻取
りロール（１５）に巻取った。シート状繊維複合体（Ｆ
３）の繊維含有量は４０容量％であった。

上記シート状繊維複合体（Ｆ３）を切断し、幅１５１ｓ
＋ａ＋、厚みｌａｍのシート状繊維複合体（ＡＩ）を、
また幅３０１１１１１１％厚み１釘−のテープ状繊維複
合体（Ｂ）　（Ｃ）を得た。

上記のようにして製造されかつ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シート状繊維
複合体（Ａ１）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）である遠赤外線ヒータ
ーにより加熱しながら、マンドレル（２）にその支持端
側から支持部を避けて供給し、マンドレル（２）上を前
進させつつその両縁部を突合わせた状態で賦形ロール（
４）によりマンドレルク２）を密に囲ましめて外径５０
０■の管状体（Ａ２）となす。

管状体（Ａ２）をそのまま前進させつつその外周に、第
１−巻付機（５）により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テープ状繊維複
合体（Ｂ）を、軸方向に対して約７９″の角度でスパイ
ラル状に巻付けるとともに、第１加熱手段（７）である
熱風発生機により熱風を吹付け、管状体（Ａ２）及びテ
ープ状繊維複合体（Ｂ）を加熱して両者を融着し、外径
５２１１ｍの２層管（Ａ３）となす。

さらに２層管（Ａ３）をそのまま前進させつつその外周
に、第２巻付機（８）により第２テープ状繊維複合体（
Ｃ）を、軸方向に対して第１テープ状繊維複合体（Ｂ）
とは反対方向に約８０″の角度で巻付けるとともに、第
２加熱手段（８）である熱風発生機により熱風を吹付け
、２層管（Ａ３）及び第２テープ状繊維複合体（Ｃ）を
加熱して両者を融着し、外径５４ｍｍの３層管（Ａ４）
となす。

続いて、３層管（Ａ４）を前進させつつ冷却手段（９）
である水槽で冷却する。上記一連の工程を引取機（１０
）で引取りつつ行ない、第５図に示すような３層の連続
繊維強化層（イ）（ロ）（ハ）よりなる内径４８ａ＋ｍ
、外径５４！ＤＩＩＩの繊維強化樹脂管（Ｄ）を連続的
に製造した。

実施例２ 実施例１と以下の点が相違するのみで、他は実施例１と
同じ工程を経て、第６図に示すような２層の連続繊維強
化層（ニ）（ホ）よりなる内径４８ｔｓ、外径５６＋＋
ｍの繊維強化樹脂管（Ｅ）を製造した。

（ｉ）粉体状熱可塑性樹脂として、ベレット状ポリプロ
ピレン樹脂を冷凍粉砕して得た粉体状（平均粒径２５０
μｍ）のものを用いた。

（１１）連続強化繊維として実施例１と同じロービング
状ガラス繊維を２６本用いた。

（１目）・厚み２　ｌ、繊維含有量５０容量％のシート
状繊維複合体を成形した。

（１ｖ）上記シート状複合体を切断し、幅１５１１１１
・厚み２■のシート状繊維複合体及び幅４゜１１厚み２
ａｖのテープ状繊維複合体を準備した。

（Ｖ）管状体の外径を５２１とじた。

（ｖ１）テープ状繊維複合体の巻付は角度を約７６″と
し、２層管の外径を５６ｍ５とした。

（ｖｉｉ）第２巻付機（６）および第２加熱手段（８）
を使用せずに、２層管を前進させつつ冷却手段（９）に
より冷却した。

実施例３ 第７図に示す繊維強化樹脂管の製造装置は、２枚のシー
ト状繊維複合体（Ｌ）　（Ｈ）がそれぞれ巻回されてい
る一対の巻戻しロール（２１）　（２２）と、両巻戻し
ロール（２１）（２２）その間に配置されかつ後端部が
支持体く２３）により支持されるとともに、先端部がシ
ート状繊維複合体（Ｌ）（Ｈ）の巻戻し方向にのびてい
る横断面円形（外径２５■）のマンドレル（２４）と、
マンドレル（２４）の後部両側方に配置された加熱手段
（２５）（２Ｂ）と、加熱手段（２５）　（２Ｂ）の前
方においてマンドレル（２４）を両側から挾んでいる一
対の第１鼓状賦形ロール（２７）と、第１鼓状賦形ロー
ル（２７）の前方においてマンドレル（２４）を上下か
ら挾んでいる一対の第２鼓状賦形ロール（２Ｂ）と、第
２鼓状賦形ロール（２８）の前方位置に配置されかつ６
本のひも状繊維複合体（１）を巻付ける巻付機（２９）
と、その巻付は位置の両側方に配置された加熱手段（３
０）（３１）と、巻付機（２９）の前方に配置された冷
却手段（９）と、冷却手段（９）の前方に配置された引
取機（ｌＯ）とを備えており、マンドレル（２４）の先
端部は巻付機（２９）の若干前方までのびている〇実施
例１で製造したシート状繊維複合体（Ｋ３）を切断し、
幅３９．５ｇｖ、厚みｌ１１１の一対のシート状繊維複
合体（Ｌ）　（Ｈ）を準備した〇他方、第４図における
加熱ロール（１６）の替わりに、直径２■■の円形状の
リップ部を有する引抜ダイス（３２）が設けられている
第８図に示す装置を用いてひも状繊維複合体（］）を準
備した。

第８図において第４図と同じ部分には同一符号を付して
その説明を省略する。この実施例では、粉体状熱可塑性
樹脂として実施例１と同じナイロン１２樹脂を、また連
続強化繊維として実施例１と同じロービング状ガラス繊
維（ハ）を１本使用した。実施例１と同じ操作で粉体状
熱可塑性樹脂を付着させた粉体状熱可塑性樹脂付着強化
繊維（Ｊ２）を２１０℃に加熱された引抜ダイス（３０
）を通過させて加熱し、熱可塑性樹脂を溶融させこれを
強化繊維と一体化せしめ、直径２ＩＩＩｌのひも状繊維
複合体（ｊ３）を得た。ひも状繊維複合体（ｊ３）の繊
維含有量は５０容量％であった。

このひも状繊維複合体（Ｊ３）より６本のひも状繊維複
合体（１）を準備した。

上記のようにして準備したシート状繊維複合体（Ｌ）　
（Ｈ）を第７図の巻戻しロール（２１）（２２）に移し
、これを巻戻しつつ加熱手段（２５）　（２６）である
遠赤外線ヒーターにより加熱しながらマンドレル（２４
）に供給し、マンドレル（２４）上を前進させつつ一対
のシート状繊維複合体（Ｌ）　（Ｈ）の相互の両縁部を
突合わせた状態で第１及び第２賦形ロール（２７）（２
ｇ）によりマンドレル（２４）を密に囲ましめて外径２
７■ｌの管状体（Ｋ１）となす。

管状体（Ｋ１）をそのまま前進させつつその外周に、巻
付機（２９）により６本のひも状繊維複合体（１）を、
軸方向に対して約８２″の角度でスパイラル状に巻付け
るとともに、加熱手段（３０）（３１）である熱風発生
機により熱風を吹付け、管状体（Ｋ１）およびひも状体
繊維複合体（］）を加熱して両者を融着し、外径３０ｍ
ｍの２層管（Ｋ２）となす。

続いて、２層管を前進させつつ冷却手段（９）である水
槽で２層管（Ｋ２）を冷却する。上記一連の工程を引取
機（１０）で引取りつつ行ない・２層の連続繊維強化層
よりなる内径２５−１、外径３Ｃ１ｖの繊維強化樹脂管
を連続的に製造した。

〔発明の効果〕

この発明の繊維強化樹脂管の製造方法によれば、マンド
レルの長さに制限されることなく管を成形しうるから、
゛長尺の管を連続的に製造することができる。

また管成形後にマンドレルを抜取る必要がないから、マ
ンドレルをいちいち抜取っていた従来法に比較し、それ
だけ生産性に優れたものとなる。

そして得られた繊維強化樹脂管には、管の軸方向に連続
強化繊維が配されているので、管の線膨張が抑制され、
その結果、熱収縮量か少なくなって各層の界面での剥離
が発生しにくくなる。さらに、管の略周方向にも連続強
化繊維が配されているので、管の耐圧性及び耐衝撃性も
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１例を示す平面図、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図は流動床装置の垂直断面図、第５図はこの発明の
実施例１により得られた繊維強化樹脂管の部分斜視図で
、外層及び中間層が順次一部切欠かれている。第６図は
同実施例２より得られた繊維強化管の部分斜視図で、外
層が一部切欠かれている。第７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他の例を示す平面
図、第８図は流動床装置の変形例を示す垂直断面図であ
る。 （ＡＩ）　（Ｌ）　（Ｈ）・・・シート状繊維複合体、
（＾２）（Ｋ１）・・・管状体、（２）（２４）・・・
マンドレル。 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）一端が支持された横断面円形のマンドレル（２）（
   ２４）に、その支持端側から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シート状繊維複
   合体（Ａ１）（Ｌ）（Ｈ）を供給し、マンドレル（２）
   （２４）上を前進させつつマンドレル（２）（２４）を
   密に囲ましめることにより管状体（Ａ２）（Ｋ１）とな
   す工程と、 ｂ）管状体（Ａ２）（Ｋ１）をマンドレル（２）（２４
   ）にそって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
   るテープ状またはひも状繊維複合体（Ｂ）（Ｃ）（Ｉ）
   の少なくとも１つをスパイラル状に巻付けて管状体（Ａ
   １）（Ｌ）（Ｈ）に融着する工程とを含む繊維強化樹脂
   管の製造方法。