JPH0531782A - 繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内層に熱可塑性樹脂管を配し、その外周に熱
可塑性樹脂と補強繊維とからなる強化層を形成した繊維
強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法に於いて、長手方向
及び幅方向の両方向に繊維が配された強化層の形成を、
比較的簡単に且つ能率よく行うことのできる製造方法を
提供することを目的とする。 【構成】 図１において、シート状繊維複合体(A1)、(A
2)及び(A3)の３本を連続的に移送しつつ、賦形ロール
５、マンドレル２等により管状体に賦形し、その内面に
押出機３より内層用熱可塑性樹脂を押し出して被覆し、
２層管を形成する際に、シート状繊維複合体として、長
手方向及び幅方向に配された強化繊維に、熱可塑性樹脂
が保持されてなるものを用いることによって、製造工程
中で、テープ状繊維複合体をスパイラル状に巻付ける等
して強化繊維を幅方向へ配する工程を省略した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂と強化繊
維とからなる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂管は金属管と比較して軽量で且
つ錆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。しかしながら、合成樹脂管は金
属管よりも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、熱可塑性樹脂管を内層と
し、その外周面に、管の長手方向及び周方向に、液状の
熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を配置し、これを加熱
硬化して強化層を形成し複合管とする技術が多く知られ
ている（例えば特公昭６２−７７３号公報、及び特公昭
６２−２２０３８号公報参照）。

【０００３】ところが、この種の複合管は強化層に用い
られるマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂で形成されてい
るため、強化層と内層の熱可塑性樹脂管との接着力が弱
く、複合管を高温条件下で使用すると、内層の熱可塑性
樹脂管と強化層との線膨張率の差により、両層の間で界
面剥離が発生するという問題があった。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】そこで、この問題を
解決する為に、本出願人は、強化層を形成する樹脂とし
て熱可塑性樹脂を用いる技術を先に提案した（特開昭６
３−１５２７８６号公報参照）。ところが、上記製造方
法では、その製造工程中に強化層を形成する際に用いる
材料、即ち連続繊維に熱可塑性樹脂を付着乃至被覆する
ことにより保持したもの（以下繊維複合体という）を巻
付機により巻き付ける工程が不可欠であり、この巻付機
はフィラメントワインディングマシンと称され、熱硬化
性樹脂を用いて行うフィラメントワインディング法によ
く採用されるものであるが、長手方向に進む芯材やマン
ドレル等に対して、その周方向に作動する装置であるか
ら、装置自体が複雑であり、併せて製造作業の煩雑化を
招くという問題があった。

【０００５】本発明は、内層の熱可塑性樹脂管の外側に
配される強化層のマトリックス樹脂として、熱可塑性樹
脂を用いることにより、界面剥離の問題を解決すると共
に、強化層の形成を比較的簡単に且つ能率よく行うこと
のできる製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】請求項１記載の発明は、長
手方向及び幅方向に配された強化繊維に、熱可塑性樹脂
が保持されてなるシート状繊維複合体を、連続的に移送
しつつ管状に賦形し、強化層とする工程と、得られた管
状体を前進させつつその内面に沿って、押出機より内層
用熱可塑性樹脂を溶融状態で押出して積層し、熱可塑性
樹脂内層を形成することにより２層管とする工程とを有
することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製
造方法をその要旨とするものであり、請求項２記載の発
明は、シート状繊維複合体の幅が、マンドレルの外周長
さ未満の寸法となされたシート状繊維複合体の二枚以上
を用い、各シート状繊維複合体によりマンドレルの外周
を密に囲んだ状態で管状に賦形し、強化層とすることを
特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合管
の製造方法をその要旨とするものである。

【０００７】即ち、請求項１及び２記載の発明は、強化
繊維を用いて管状に賦形して強化層を形成する段階にお
いて、予め長手方向（縦方向）及び幅方向（横方向）に
強化繊維が配され、且つこれに熱可塑性樹脂が保持され
たものを用い、強化繊維の幅方向の配列（巻付機による
巻き付け工程）を製造工程の中で行うことを省略したこ
とを骨子としている。

【０００８】請求項１及び２記載の発明において、シー
ト状繊維複合体に使用される強化繊維としては、熱可塑
性樹脂の強化用として用いられる従来公知の全てのもの
が使用できる。

【０００９】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
等の無機繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、液晶ポリ
マー繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の有機
繊維が挙げられる。

【００１０】そして、この強化繊維からシート状体を得
るには、直径が１〜数１０μｍの連続した繊維よりなる
ロービング状のものを素材とし、これらよりロービング
クロス、ロービングニットに加工したもの、或いはチョ
ップドストランドを素材とし、これよりチョップドスト
ランドマットとしたもの、あるいはストランドに撚りを
かけたヤーンよりクロスに加工したもの等が挙げられ
る。

【００１１】また、長手方向及び幅方向に配される強化
繊維は、両方向互いに同じ種類であってもよく或いは異
なる種類であってもよい。また、シート状体の繊維は、
その長手方向と、幅方向とに配されたものを用いること
を骨子としているが、ここでいう幅方向とは、長手方向
に配される強化繊維に対して直交する方向のみならず、
或る角度で交差する方向のものをも含むものとする。

【００１２】上記強化繊維に熱可塑性樹脂を保持させる
場合、ロービングやヤーンに保持させる方法と、一旦ロ
ービングやヤーンを用いてクロス、ニット、マット等に
加工してから保持させる方法とがあり、そのいずれでも
よい。

【００１３】この場合、シート状繊維複合体における熱
可塑性樹脂の保持状態としては、連続繊維のフィラメン
ト一本一本の間に、樹脂が充分に含浸し、保持した状態
のものが好ましく、このような保持状態にあることが、
管体の水密性、繊維と樹脂との接着性を高める為に必要
であって、そのためには、後述するシート状繊維複合体
の製造方法の前段階で、既に予めフィラメント間に熱可
塑性樹脂を付着乃至含浸させておくという表面処理を施
すのが好ましい。

【００１４】連続強化繊維に保持される熱可塑性樹脂と
しては、特に限定するものではなく、後述する内層用も
しくは外層用熱可塑性樹脂と同一である必要は格別にな
く、それぞれ融着性のよい熱可塑性樹脂であればよい。

【００１５】連続強化繊維又は該連続強化繊維からなる
クロス、ニット、マット等に、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っ
て、例えば、（１）連続強化繊維等を、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、繊維と樹脂とを一
体化せしめる方法、（２）連続強化繊維等を熱可塑性樹
脂のエマルジョン中を通過させて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
維と樹脂とを一体化するか、或いはエマルジョン中を通
過させた後一旦乾燥させ、その後に溶融温度以上に加熱
して一体化する方法、（３）溶融粘度が低い樹脂の場合
には、束状連続強化繊維をこの溶融樹脂を満たした槽中
に浸漬して樹脂を含浸する方法、（４）連続強化繊維等
にフイ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。

【００１６】このようにして得られるシート状繊維複合
体中の繊維量は、通常、５〜７０容量％であって、５容
量％以未満では充分な補強効果が得られず、７０容量％
を超えると、内外の熱可塑性樹脂層及び強化層内での融
着が困難である。

【００１７】シート状繊維複合体の幅は、請求項１記載
の発明にあっては、使用するマンドレルの外周長さとほ
ぼ同一か、又はそれを若干超える長さのものが用いられ
る。前者の場合には１枚のシート状繊維複合体の両端を
突き合わせ、後者の場合には両縁部を重ね合わせた状態
で管状体に賦形する。

【００１８】又、請求項２記載の発明にあっては、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
体に賦形するのであって、この場合、各シート状繊維複
合体の端縁部を重ね合わせて、周方向の強化繊維の切れ
目を無くするように、シート状繊維複合体を移送し、且
つ賦形する必要がある。この場合、各シート状繊維複合
体の配置は、図２の（イ）に示すように三枚用いる場
合、図２の（ロ）に示すように二枚用いる場合、あるい
は四枚以上用いる場合等種々挙げられ、その枚数及び重
ね合わせの配置は、特に限定するものではないが、周方
向の重なりを設けて、管状体の特に周方向の強度向上を
狙いとする為、その重なり部分は出来るだけ等間隔に配
置され、また重なり部分は出来るだけ多いほうが好まし
く、一つの目安としては、シート状繊維複合体の各端縁
部において、周長の８分の１以上の長さの重なり部分が
形成されるのが好ましい。

【００１９】シート状繊維複合体の厚みは、これにより
成形される強化層の所望厚みにより決められるが、通常
は０．１〜５ｍｍであり、特に０．５〜３ｍｍが好まし
い。０．１ｍｍ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にしては強度が不十分であり、又５
ｍｍを超えると管状体に賦形するのが事実上困難とな
る。

【００２０】このようにして得られるシート状繊維複合
体からなる強化層は、１層に限るものではなく必要に応
じて２層もしくはそれ以上に積層されたものでもよい。
請求項１及び２記載の発明に於いて用いる内層用もしく
は外層用の熱可塑性樹脂としてはとくに限定されない
が、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・エーテルケトン等
が挙げられる。

【００２１】そして、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。又、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。

【００２２】請求項１又は２記載の発明において、２層
管の外周に、更に熱可塑性樹脂を溶融状態で押し出して
積層し、３層管とすることは任意である。

【００２３】

【作用】請求項１記載の発明は、長手方向及び幅方向に
配された強化繊維に、熱可塑性樹脂が保持されてなるシ
ート状繊維複合体を、連続的に移送しつつ管状に賦形
し、強化層とする工程と、得られた管状体を前進させつ
つその内面に沿って、押出機より内層用熱可塑性樹脂を
溶融状態で押出して積層し、熱可塑性樹脂内層を形成す
ることにより２層管とする工程とを有するので、強化繊
維を周方向に巻回して強化繊維を幅方向に配列させる工
程が省略できる。

【００２４】また、内層も強化層も共に熱可塑性樹脂を
用いるので、両者の界面において熱可塑性樹脂が融着一
体化する。また、長手方向に配置された強化繊維により
管の線膨張が抑制され、熱収縮が低減されると共に、幅
方向に配置された強化繊維により管の耐圧性、耐衝撃性
が向上する。

【００２５】請求項２記載の発明は、シート状繊維複合
体の幅が、マンドレルの外周長さ未満の寸法となされた
シート状繊維複合体の二枚以上を用い、各シート状繊維
複合体によりマンドレルの外周を密に囲んだ状態で管状
に賦形し、強化層とするようにしたので、シート状繊維
複合体の幅を比較的狭くすることができ、このシート状
繊維複合体から管状体を賦形する際に、無理がなく、円
滑に賦形できる。

【００２６】

【実施例】先ず、この発明の実施例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
とは図１においてその右方向を指すものとする。

【００２７】図１は、請求項１及び２記載の発明の製造
工程の一例を併せて示す概略説明図であって、１はシー
ト状繊維複合体が巻回されている巻き戻しロールであっ
て、押出機３の上方に配置された巻き戻しロール１１、
押出機３の下方に配置された巻き戻しロール１２及び１
３とからなり、各巻き戻しロール１１、１２及び１３に
はそれぞれシート状繊維複合体Ａ１、Ａ２及びＡ３が巻
回されている。

【００２８】２は内層用押出機３の前方に連設されたマ
ンドレル（内金型）、４、４は加熱手段、５、５はマン
ドレル２を上下から挟んでいる一対の鼓状賦形ロール、
６はマンドレル２の前部に設けられたコア、７は同じく
外金型、８は外層用押出機、９は冷却装置、１０は引取
機である。

【００２９】コア６は、小径となされた内金型部分６ｂ
と、マンドレル２の先端近くから逆円錐状に太くなって
いる外金型部分６ａとを有すると共に、更にこの内金型
部分６ｂ及び外金型部分６ａと一体となって、樹脂出口
から押し出し方向へ突出した内コア６ｃとからなってい
て、この内コア６ｃの先端は、外層用押出機８の手前ま
で延びている。またその外径は、熱可塑性樹脂内層の内
径とほぼ同じ寸法になされている。

【００３０】図３にも示すように、マンドレル２と鼓状
賦形ロール５、５との間には、シート状繊維複合体Ａ
１、Ａ２及びＡ３を図２に示すように重ね合わせて、成
形すべき管状体Ａ４の厚み分の間隙が設けられている。
又、コア６と管状体Ａ４との間には、押出機３より押し
出されてくる溶融樹脂Ｂ１により形成される熱可塑性樹
脂内層Ｂ２の厚み分の間隙が設けられている。

【００３１】しかして、鼓状賦形ロール５、５におい
て、シート状繊維複合体Ａ１、Ａ２及びＡ３は、成形方
向に向かって、図２の（イ）に示すように配置されるよ
う導かれる。

【００３２】又、シート状繊維複合体Ａ１、Ａ２及びＡ
３は、従来公知の流動床装置を用いて行う方法、即ち、
連続強化繊維等を、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、繊維と樹脂とを一体化せしめる方法に
より製造した。

【００３３】次に、叙上の製造装置を用いて行う、請求
項２記載の発明繊維強化熱可塑性樹脂管の製造方法を説
明する。マンドレル２の後方より三枚のシート状繊維複
合体Ａ１、Ａ２及びＡ３を、途中の加熱手段４、４で加
熱しながら前記マンドレル２と鼓状賦形ロール５、５と
の間に導入し、更にマンドレル２の外壁及び外金型７の
内壁を摺動させつつ前方に送り出し、管状体Ａ４を成形
する。一方、この管状体Ａ４の内面に沿って、押出機３
から押し出された溶融可塑化した内層用熱可塑性樹脂Ｂ
１を積層し、強化繊維が長手方向と幅方向に配された強
化層Ａ５を有する熱可塑性樹脂内層Ｂ２を形成して２層
管とする。

【００３４】次いで２層管をそのまま前進させつつ、内
コア６ｃを通過したところで、外層用押出機８により２
層管の外周面に外層用熱可塑性樹脂を溶融押し出して熱
可塑性樹脂外層Ｄを形成し、引き続き冷却装置９及び引
取機１０により引き取って、図４に示すような３層管Ｐ
を得た。

【００３５】尚、強化層Ａ５の外周に、外層用熱可塑性
樹脂を押し出し融着する際、複合管が変形するのを防止
する為に、内コア６ｃを、複合管の内部の、外層用押出
機８の被覆金型を通り越したあたりまで突出させる方
法、あるいは内コア６ｃの先端より複合管の内部に冷却
空気を吹き込み、複合管の内面を冷却しつつ外層用熱可
塑性樹脂を押出融着する方法等を採用するようにしても
よい。

【００３６】又、上記においては、シート状繊維複合体
Ａ１、Ａ２及びＡ３を加熱し、ロールにより賦形する例
について示したが、加熱操作及びロール賦形操作は省略
してもよいし、加熱手段、賦形ロールの設置位置も上記
例に限定されない。

【００３７】又、上記において、、複合管の強化層の配
置は、図２に示した例に限定されないと共に、繊維強化
熱可塑性樹脂複合体の構造も上記例に限定されず、また
強化層の外周に熱可塑性樹脂の外層はなくてもよい。

【００３８】又、上記製造方法において、シート状繊維
複合体を三枚用いた例を示したが、これを二枚にし、且
つそのマンドレルにおける配置状況を、例えば図２の
（ロ）に示すようにしてもよい。又、シート状繊維複合
体の幅方向寸法が、マンドレルの外径よりもやや広い程
度としたもののみを、巻き戻しロール１に装着し、他は
上記実施例１とほぼ同様な工程を経ることにより、請求
項１記載の発明製造方法を実施できる。実験例１ ロービングクロス状のガラス繊維の各フィラメント間
に、塩素化ポリ塩化ビニル樹脂（塩素化度＝約６４重量
％）が含浸したシート状繊維複合体（幅６０ｍｍ、厚み
約０．８ｍｍ）３巻を用いて、図１に示した装置により
繊維強化熱可塑性樹脂複合管を製造した。

【００３９】シート状繊維複合体Ａ１、Ａ２及びＡ３
を、加熱手段４、４として用いる熱風発生機により熱風
を吹きつけて、加熱しつつ、賦形ロール５、５により外
径が約２９ｍｍ、厚みが約１．５ｍｍの管状体Ａ４を成
形した。

【００４０】続いて、上記管状体Ａ４をマンドレル２
（温度＝約２００℃）と、外金型７（温度＝約２００
℃）とで構成される環状の隙間に導入し、押出機３より
溶融可塑化され、内金型部分６ｂ及び外金型部分６ａに
より管状に成形された塩素化ポリ塩化ビニル樹脂（塩素
化度＝６４重量％）を、外金型７と、外金型部分６ａ
（温度＝約２００℃）との内部で管状体Ａ４の内面に押
し出し積層し、塩素化ポリ塩化ビニル樹脂管（厚み＝約
１．０ｍｍ）を内層とし、その外周に連続ガラス繊維が
管の長手方向及び周方向に配置されてなる強化層Ａ５
（厚み約１．５ｍｍ）が融着された外径約２９ｍｍの２
層管を成形した。

【００４１】続いて、この２層管を外層用押出機８の被
覆金型に導入し、押出機８により溶融可塑化された外層
用ポリ塩化ビニル樹脂を２層管の外周に押出被覆し、熱
可塑性樹脂外層Ｄ（厚み約１ｍｍ）を設けた後、冷却装
置９で冷却サイジングを施し、３層の複合管とした。こ
の上記一連の工程を引取機１０で引き取りつつ行い、複
合管Ｐを連続的に製造した。

【００４２】得られた複合管Ｐは、内径が約２４．０ｍ
ｍ、外径が約３１．０ｍｍの積層管であって、強化層Ａ
５の内側に塩素化ポリ塩化ビニル樹脂からなる熱可塑性
樹脂内層Ｂ２が融着され、更に強化層Ａ５の外周に、ポ
リ塩化ビニル樹脂からなる熱可塑性樹脂外層Ｄが融着さ
れてなる３層の複合管であった。

【００４３】この複合管の製造方法は、装置が簡単で且
つその操作も容易であり、製造能率を向上することがで
きた。

【００４４】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、長手方向及び幅
方向に配された強化繊維に、熱可塑性樹脂が保持されて
なるシート状繊維複合体を、連続的に移送しつつ管状に
賦形し、強化層とする工程と、得られた管状体を前進さ
せつつその内面に沿って、押出機より内層用熱可塑性樹
脂を溶融状態で押出して積層し、熱可塑性樹脂内層を形
成することにより２層管とする工程とを有するので、強
化繊維を周方向に巻回して強化層を形成する工程が省略
できる。

【００４５】従って、設備費が比較的安価であり、且つ
作業能率が上がり、製造速度も向上させることができ
る。また、内層も強化層も共に熱可塑性樹脂を用いるの
で、両者の界面において熱可塑性樹脂が融着一体化す
る。

【００４６】従って、高温下の条件下で使用しても界面
剥離の問題は発生しない。また、長手方向に配置された
強化繊維により管の線膨張が抑制され、熱収縮が低減さ
れると共に、幅方向に配置された強化繊維により管の耐
圧性、耐衝撃性が向上する。

【００４７】請求項２記載の発明は、シート状繊維複合
体の幅が、マンドレルの外周長さ未満の寸法となされた
シート状繊維複合体の二枚以上を用い、各シート状繊維
複合体によりマンドレルの外周を密に囲んだ状態で管状
に賦形し、強化層とするようにしたので、シート状繊維
複合体の幅を比較的狭くすることができ、このシート状
繊維複合体から管状体を賦形する際に、無理がなく、円
滑に賦形できる。又、強化層が周方向に重なり合った部
分が形成される。

【００４８】従って、請求項１記載の発明が奏する効果
に加えて、品質に優れたものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び２記載の発明の製造工程の一例を
併せて示す概略説明図である。

【図２】請求項２記載の発明において用いるシート状繊
維複合体の重なり合った状態を示す説明図であって、同
図（イ）は、シート状繊維複合体を三枚用いた場合、同
図（ロ）は、同じく二枚用いた場合をそれぞれ示す図で
ある。

【図３】図１において、III −III 線にて切断し、矢印
方向に見た断面図である。

【図４】図１に示す製造工程を用い、請求項２記載の製
造方法を実施して得られた複合管の一部切欠拡大斜視図
である。

【符号の説明】

A1 シート状繊維複合体 A2 シート状繊維複合体 A3 シート状繊維複合体 A4 管状体 A5 強化層 B1 内層用熱可塑性樹脂 B2 熱可塑性樹脂内層 Ｄ 熱可塑性樹脂外層 Ｐ 複合管 ２ マンドレル（内金型） ３ 内層用押出機 ５ 賦形ロール ６ コア 6a 外金型部分 6b 内金型部分 6c 内コア ７ 外金型 ８ 外層用押出機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 23:22 4Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向及び幅方向に配された強化繊維
   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、連続的に移送しつつ管状に賦形し、強化層とする工
   程と、得られた管状体を前進させつつその内面に沿っ
   て、押出機より内層用熱可塑性樹脂を溶融状態で押出し
   て積層し、熱可塑性樹脂内層を形成することにより２層
   管とする工程とを有することを特徴とする繊維強化熱可
   塑性樹脂複合管の製造方法。
2. 【請求項２】 シート状繊維複合体の幅が、マンドレル
   の外周長さ未満の寸法となされたシート状繊維複合体の
   二枚以上を用い、各シート状繊維複合体によりマンドレ
   ルの外周を密に囲んだ状態で管状に賦形し、強化層とす
   ることを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹
   脂複合管の製造方法。