JPH05293908A - 繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造方法 - Google Patents

繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造方法

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JPH05293908A
JPH05293908A JP4099549A JP9954992A JPH05293908A JP H05293908 A JPH05293908 A JP H05293908A JP 4099549 A JP4099549 A JP 4099549A JP 9954992 A JP9954992 A JP 9954992A JP H05293908 A JPH05293908 A JP H05293908A
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JP
Japan
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core
thermoplastic resin
prepreg
molecular weight
fiber
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JP4099549A
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Hiroshi Hirakawa
弘 平川
Hajime Sato
元 佐藤
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Yokohama Rubber Co Ltd
Original Assignee
Yokohama Rubber Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軟化点もしくは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可
塑性樹脂のプリプレグからの効率のよい繊維補強熱可塑
性樹脂パイプの製造方法を提供すること。 【構成】 本発明の繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造
方法は、軟化点もしくは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑
性樹脂をマトリックスとしかつ補強繊維を含有するプリ
プレグを、超高分子量ポリエチレンからなる熱膨張性の
中子と該中子の外側に配された外型との間に介在させ、
ついで該プリプレグおよび該中子を加熱して前記熱可塑
性樹脂を軟化もしくは溶融させると共に該中子を膨張さ
せた後、該中子および該プリプレグを冷却することから
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軟化点もしくは融点が
160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂からなる繊維補強熱可塑
性樹脂パイプの有利な製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、熱可塑性樹脂をマトリックスと
する連続繊維強化複合材料 (プリプレグ) は、靱性、耐
熱性、耐環境性がエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂をマト
リックスとする複合材料に比して格段に優れている。こ
のため近年、熱可塑性樹脂をマトリックスとするプリプ
レグで繊維補強熱可塑性樹脂パイプをつくり、このパイ
プを例えば自転車の構造部材、ゴルフシャフトや釣竿な
どのスポーツレジャー分野、航空・宇宙分野の構造部材
等として用いる試みがなされるようになった。
【0003】従来、この繊維補強熱可塑性樹脂パイプ
は、例えば、いわゆる内圧成形法によってつくられる。
内圧成形法は、シート状のプリプレグを渦巻状に巻回し
て筒状のプリフォームとし、これを円筒状外型内に挿入
し、つぎにこのプリフォームの中空部に熱膨張性の棒状
の中子を挿入した後、プリフォームを構成する熱可塑性
樹脂の可塑化温度以上の温度にプリフォームおよび中子
を加熱してプリフォームの中空部内で中子を熱膨張さ
せ、熱可塑性樹脂を軟化又は溶融させると共に中子の熱
膨張による押圧力でプリフォームを型締めし、ついで円
筒状外型と共にプリフォームおよび中子を冷却し、中子
をプリフォームの中空部から引き抜くと共に円筒状外型
を除去することによりパイプを得ることからなる成形方
法である。
【0004】この内圧成形法において、プリプレグのマ
トリックス樹脂が成形温度300 ℃超のポリエーテルエー
テルケトン (PEEK) に代表されるようないわゆる超エン
ジニアリングプラスチックスの場合には、300 ℃超の温
度で大きく熱膨張するポリテトラフルオロエチレン (PT
FE、商品名テフロン) などのフッ素系樹脂のマンドレル
を熱膨張性の中子として用いている。また、プリプレグ
のマトリックス樹脂が成形温度200 ℃未満の熱可塑性樹
脂の場合には、伸縮性のあるゴム製チューブを中子とし
て、加熱に際して内部に熱水等を圧入して用いている。
しかし、プリプレグのマトリックス樹脂が軟化点もしく
は融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂の場合には、16
0 ℃〜300 ℃の温度下に大きく熱膨張する適当な中子が
ないために、満足的に内圧成形法を行うことができなか
った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、軟化点もし
くは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂のプリプレグ
からの効率のよい繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造方
法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の繊維補強熱可塑
性樹脂パイプの製造方法は、軟化点もしくは融点が160
℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂をマトリックスとしかつ補強
繊維を含有するプリプレグを、超高分子量ポリエチレン
からなる熱膨張性の中子と該中子の外側に配された外型
との間に介在させ、ついで該プリプレグおよび該中子を
加熱して前記熱可塑性樹脂を軟化もしくは溶融させると
共に該中子を膨張させた後、該中子および該プリプレグ
を冷却することからなることを特徴とする。
【0007】このように本発明では、超高分子量ポリエ
チレンからなる熱膨張性の中子を用いるために、この中
子は150 ℃〜300 ℃付近の温度で熱膨張が大であるの
で、軟化点もしくは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹
脂のプリプレグから効率よく繊維補強熱可塑性樹脂パイ
プを製造することが可能となる。以下、本発明の構成に
つき詳しく説明する。
【0008】本発明で使用する軟化点もしくは融点が16
0 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂をマトリックスとしかつ補
強繊維を含有するプリプレグは、具体的には、複数本の
連続繊維を引き揃えて一方向に帯状に配列した一般にト
ウと呼ばれる繊維束にマトリックスの軟化点もしくは融
点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂を含浸させたもの
(一方向引き揃えのプリプレグ (UDプリプレグ) ) など
である。室温においてタック性や可塑性がないばかりで
なく、剛性が高い。シート状又は短冊状 (スリットテー
プ) をしている。このプリプレグを構成する繊維束に用
いる補強繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊
維、アラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)、炭化珪素
繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等の耐熱性を備えた強
度の大きい連続繊維である。
【0009】また、軟化点もしくは融点が160 ℃〜300
℃の熱可塑性樹脂、すなわち結晶性樹脂については融
点、非結晶性樹脂については軟化点が160 ℃〜300 ℃で
あるマトリックスの熱可塑性樹脂としては、例えば、ポ
リカーボネート(PC) 、ポリアミド(PA)、ポリプロピレ
ン(PP)、ポリエステル(PE)、これらのポリマーアロイな
どのいわゆるエンジニアリングプラスチックスである。
【0010】本発明における熱膨張性の中子は中実のマ
ンドレル、中空のマンドレルのいずれの形態のものでも
よい。この中子を構成する超高分子量ポリエチレンは、
融点が150 ℃±20℃の範囲にあって、200 ℃〜300 ℃付
近の温度下に非流動性を示すに足る分子量ならびに分子
量分布をもつものであり、分子量が100 万以上、好まし
くは250 万以上のものである。分子量250 万程度のもの
がマンドレルの形状に押出成形が容易であるので好まし
い。
【0011】この超高分子量ポリエチレンでは、直径1
4.2 mm の超高分子量ポリエチレンの中実のマンドレル
について温度と半径方向の熱膨張との関係を示した図1
から判るように、150 ℃〜300 ℃付近の温度下に8〜10
%の熱膨張(線膨張率)が生じる。すなわち、図1か
ら、超高分子量ポリエチレンは約150 ℃付近で急激な熱
膨張を示し、300 ℃付近まで熱膨張し、トータルで約10
%伸びることが判る。
【0012】また、成形時の加熱温度は、マトリックス
の熱可塑性樹脂の軟化点もしくは融点よりも30℃〜50℃
高温に設定するのがよく、軟化点もしくは融点が160 ℃
〜300 ℃の熱可塑性樹脂をマトリックスとする場合に20
0 ℃〜330 ℃に設定するのがよい。本発明では、この超
高分子量ポリエチレンで中子を構成するが、中子が超高
分子量ポリエチレンだけでつくられている場合、すなわ
ち中子が超高分子量ポリエチレンのマンドレルである場
合には、使用中にその端部が酸化されて劣化することが
ある。特に、300 ℃付近の空気雰囲気中では酸化を伴う
熱分解が生じるので、中子の端部の露出部分が使用後に
黒く焼けてしまう。したがって、超高分子量ポリエチレ
ンのマンドレルを中子として使用する場合には、使用後
において、必要に応じて再生処理を行うことになる。こ
の再生処理は、端部に熱分解が生じた場合にはその端部
を切除し、また、端部が酸化劣化した場合には、例え
ば、そのマンドレルを窒素ガス雰囲気下に250 ℃〜300
℃のオーブン中で実質的に負荷を与えずに30〜120 分間
保持し(全体が均一な温度になるまで)、ついで−2℃
〜−10℃/分の冷却速度で徐冷することによればよい。
【0013】このような再生処理を行うのを避けるため
に、表面にフッ素系樹脂層を設けた超高分子量ポリエチ
レンのマンドレルを中子として用いてもよい。フッ素系
樹脂層の存在により酸素との接触が断たれるので超高分
子量ポリエチレンの酸化を防止することができる。な
お、表面にフッ素系樹脂層を設けるには、超高分子量ポ
リエチレンのマンドレルにフッ素系樹脂チューブを被せ
ることによればよい。この場合のフッ素系樹脂として
は、例えば、PTFE、ポリ弗化アルコキシエチレン樹脂
(PFA)、弗化エチレンプロピレンエーテル共重合体樹脂
(FEP)などが用いられる。
【0014】繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造は、内
圧成形法によって行われる。すなわち、まず、軟化点も
しくは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとしかつ補強繊維を含有するプリプレグを図2に示
すような円筒状外型1に横断面が中空形状となるように
装填する。この場合、短冊状のプリプレグで編組した筒
状のプリフォームを円筒状外型1内に挿入すればよい。
また、シート状のプリプレグを渦巻状に巻回して筒状の
プリフォームとし、これを円筒状外型1内に挿入しても
よい。円筒状外型1は、成形時の加工温度に耐え得る耐
熱性に優れたものであって、例えば銅パイプ等の金属パ
イプである。
【0015】つぎに、図3に示すようにプリフォーム2
の中空部に超高分子量ポリエチレンからなる熱膨張性の
棒状の中子3を挿入する。このようにして、軟化点もし
くは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑性樹脂をマトリック
スとしかつ補強繊維を含有するプリプレグを、熱膨張性
の中子3とこの中子3の外側に配された円筒状外型1と
の間に介在させる。
【0016】ついで、プリフォーム2および中子3を加
熱してプリフォーム2の中空部内で中子3を熱膨張さ
せ、熱可塑性樹脂を軟化又は溶融させると共に中子3の
熱膨張による押圧力でプリフォーム2を型締めする。こ
の場合の加熱は、例えば、全体を加熱炉内に入れること
により行われる。この後、円筒状外型1と共にプリフォ
ーム2および中子3を冷却し、中子3をプリフォーム2
の中空部から引き抜くと共に円筒状外型1を除去するこ
とにより、図4に示すようなパイプ4を得ることができ
る。
【0017】
【実施例】
実施例1 ポリカーボネートをマトリックスとし、一方向の炭素繊
維で補強されたUDプリプレグシート(三井東圧化学株式
会社製の試作プリプレグ、仕上がりの厚みは150 μm/プ
ライで、プリプレグ状態での厚みは約250 μm/プライ)
を用い、内圧成形法により〔±30°〕3 の積層構成とな
る直径24 mm φのパイプを成形した。
【0018】外型は内径24 mm φの銅パイプであり、中
子としては直径20 mm φの超高分子量ポリエチレン製丸
棒を用いた。成形条件としては、280 ℃のオーブン中に
1時間保持し、しかる後に冷水中にて急冷をした。この
ようにして成形したパイプは、外観的には外面・内面と
もに欠陥が見当たらず、また断面を研磨して顕微鏡下に
観察しても、ボイドや層間剥離は見当たらなくて優れた
性質を示していた。なお、中子の空気と接触していた両
端部は黒く焦げているため、この両端部を切除して中子
の再生を行った。
【0019】実施例2 中子として超高分子量ポリエチレン製丸棒の表面にテフ
ロン製の熱収縮チューブを密着させて被覆したものを用
いた他は、実施例1におけると同様に行った。得られた
パイプの品質は実施例1と同様であり、また、使用した
中子の両端部は黒く焦げることなく、再度オーブン中で
280 ℃で加熱してしかる後に徐冷することで、中子の再
使用が可能な状態に戻すことができた。
【0020】比較例1 中子の材質がPTFEであることを除いて、実施例1におけ
ると同様に行った。280 ℃ではPTFEの熱膨張は超高分子
量ポリエチレンよりも下回るので、型押しが不十分とな
り、得られたパイプでは層間になお空隙が残されてい
た。 比較例2 比較例1におけると同様にしてパイプを成形し、これに
再度21 mm φのPTFE製の中子を挿入し、280 ℃×1時間
の加熱とそれに続く冷却を行った。
【0021】このようにして成形したパイプは、外観的
には外面・内面ともに欠陥が見当たらず、また断面を研
磨して顕微鏡下に観察しても、ボイドや層間剥離は見当
たらなくて優れた性質を示していた。しかし、結果とし
て得られたパイプの品質は実施例1と同様であるが、成
形に2回の加熱・冷却の工程を要した。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
高分子量ポリエチレンからなる熱膨張性の中子を用いる
ために、軟化点もしくは融点が160 ℃〜300 ℃の熱可塑
性樹脂のマトリックス樹脂のプリプレグから効率よく繊
維補強熱可塑性樹脂パイプを製造することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】超高分子量ポリエチレンの温度と熱膨張との関
係図である。
【図2】円筒状外型を示す斜視説明図である。
【図3】円筒状外型とプリフォームと中子との位置関係
を示す斜視説明図である。
【図4】繊維補強熱可塑性樹脂パイプの一例を示す斜視
説明図である。
【符号の説明】
1 円筒状外型、 2 プリフォーム、 3 中子、
4 パイプ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軟化点もしくは融点が160 ℃〜300 ℃の
    熱可塑性樹脂をマトリックスとしかつ補強繊維を含有す
    るプリプレグを、超高分子量ポリエチレンからなる熱膨
    張性の中子と該中子の外側に配された外型との間に介在
    させ、ついで該プリプレグおよび該中子を加熱して前記
    熱可塑性樹脂を軟化もしくは溶融させると共に該中子を
    膨張させた後、該中子および該プリプレグを冷却するこ
    とからなる繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造方法。
  2. 【請求項2】 熱膨張性の中子が超高分子量ポリエチレ
    ンのマンドレルである請求項1の繊維補強熱可塑性樹脂
    パイプの製造方法。
  3. 【請求項3】 熱膨張性の中子が表面にフッ素系樹脂層
    を設けた超高分子量ポリエチレンのマンドレルである請
    求項1の繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造方法。
JP4099549A 1992-04-20 1992-04-20 繊維補強熱可塑性樹脂パイプの製造方法 Pending JPH05293908A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004181658A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Japan Aircraft Mfg Co Ltd 繊維強化樹脂製管分岐部の製造法並びに製造装置
JP2009269348A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Kurashiki Kako Co Ltd 成形用中子
JP2019188707A (ja) * 2018-04-25 2019-10-31 三菱ケミカル株式会社 繊維強化プラスチック成形体の製造方法

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