JPH06305033A - 繊維強化プラスチックパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した
繊維基材を巻き付ける工程を減圧条件下で行うことによ
り、ＦＲＰパイプの中にボイドを残さずに成形できるの
で、化学分野、電気・電子分野、各種プラント等、種々
の分野の苛酷な条件下で利用できる上、電気特性が優
れ、しかも広い温度域や極低温雰囲気下での使用におい
ても寸法変化が極めて少ないＦＲＰパイプの製造方法を
提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した
繊維基材を芯金に巻き付ける工程を減圧条件下で行うこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱硬化性樹脂をマトリッ
クスとした繊維強化プラスチック(以下ＦＲＰと略す)パ
イプの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰパイプは、軽量で機械的強度が高
く、しかも耐食性、耐候性及び非磁性等の優れた特性を
有するうえ、成形加工が容易といった特徴を有してお
り、配管用パイプとして、化学分野、電気・電子分野、
各種プラント等、種々の分野で利用されている。

【０００３】従来の製造方法としては、離型処理を施し
たマンドレルや金属パイプ等の芯金に、プリプレグ等の
熱硬化性樹脂組成物含浸繊維基材を巻き付け、次いで加
熱により収縮する性質を有したテープを外層に巻き付け
て加熱し、テープの収縮力による加圧によって成形する
方法が採用されていた。

【０００４】ところが、このような方法では、十分な加
圧力が得られず、成形物内にボイドが残り易いという欠
点があった。

【０００５】そこで、最近では、より大きな加圧力を得
るために、芯金に、熱硬化性樹脂組成物含浸繊維基材を
巻き付け、これを非接着性のゴム弾性チューブを介し
て、外周より液体の圧力で加圧する方法が提案されてい
る(特公昭６３−４７６１４号公報)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な方法では、熱硬化性樹脂組成物を含浸させる工程で繊
維の中に残存したボイドや、巻き付け時に巻き込んだボ
イドを完全に除去することは不可能であり、高圧印加時
の破壊や、高温雰囲気下での強度不足といった問題があ
った。

【０００７】又、このようにボイドが残存すると、熱硬
化性樹脂組成物の樹脂組成物量が多いパイプでは、使用
する温度域が広い場合や、極低温雰囲気下での使用にお
いて、寸法変化率が大きくなり過ぎる結果、このような
ＦＲＰパイプ同士を接続した場合、接続部のシール性が
失われたり、接続部が破損し易くなる等、耐久性や耐侯
性が低下したり、精密な機器の部品として使用した場
合、必ずしも満足できるものではなかった。

【０００８】本発明は、上記技術的課題を解決するため
に完成されたものであって、未硬化の熱硬化性樹脂組成
物を含浸した繊維基材を巻き付ける工程を減圧条件下で
行うことにより、ＦＲＰパイプの中にボイドを残さずに
成形できるので、化学分野、電気・電子分野、各種プラ
ント等、種々の分野の苛酷な条件下で利用できる上、電
気特性が優れ、しかも広い温度域や極低温雰囲気下での
使用においても寸法変化が極めて少ないＦＲＰパイプの
製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＦＲＰパイ
プの製造方法は、上記の目的を達成するために、未硬化
の熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材を芯金に巻き
付ける工程を減圧条件下で行う、という手段を講じてい
る。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
用いられる繊維基材としては、後述する熱硬化性樹脂組
成物を含浸ないし担持できるものであれば特に限定され
るものではなく、有機系或いは無機系のフィラメント、
有機系或いは無機系の繊維束、有機系繊維製の織布や不
織布或いは無機系繊維製の織布や不織布更に有機系繊維
と無機系繊維で形成された織布や不織布等が挙げられ
る。

【００１１】本発明で用いられる繊維基材としては特に
限定されるものではないが、例えばガラス、金属、ウイ
スカ、セラミック、カーボン又はボロン等の無機系繊維
或いはこれらの繊維で形成された織布や不織布、麻や綿
等の天然の有機系繊維或いはこれらの繊維で形成された
織布や不織布、芳香族ポリアミド等のポリアミド、ポリ
ビニルアセタール又はポリエステル等の合成繊維或いは
これらの繊維で形成された織布や不織布等が挙げられる
のであり、これらのうち強度が著しく大であるガラス
布、カーボン布、芳香族ポリアミド布もしくはそれらの
交織布が最も望ましい。

【００１２】この基材としては布状のものがパイプを製
造し易いので特に望ましく、この場合、この基材の厚さ
は０．０５〜２．０mmとするのが望ましく、この厚さが
０．０５mm未満では所要の厚さのＦＲＰパイプを製造す
るのに巻き付け回数が大となって作業性が悪くなり、し
かも非常に大面積の材料を必要とし、不経済になるので
望ましくなく、一方、２．０mmを超えると熱硬化性樹脂
組成物の含浸が不十分になったり、ボイドが残り易くな
ったり、取扱性が悪くなったりするので望ましくなく、
従って、これらの観点より、０．１〜１．０mmの範囲と
するのが最も望ましい。

【００１３】本発明においては、上記基材に、後述する
熱硬化性樹脂の組成物を含浸ないし担持させて公知の方
法でＢステージ状態(半硬化状)にしてプリプレグを得る
が、この熱硬化性樹脂としては一般にＦＲＰパイプのマ
トリックスとして使用される熱硬化性の樹脂であれば特
に限定されるものではなく、具体的には、例えばエポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹
脂、アリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポ
リイミド樹脂等が挙げられる。

【００１４】この熱硬化性樹脂には、所望により、各種
熱硬化性樹脂に対応する硬化剤、硬化促進剤、触媒等の
添加剤が配合される。

【００１５】この添加剤の具体例としては、例えばメチ
ルエチルケトンペルオキシド、ベンゾイルペルオキシ
ド、アセチルアセトンペルオキシド、クメンヒドロペル
オキシド、ｔーブチルペルオキシオクトエート、ジクミ
ルペルオキシド、コバルト石鹸、第三級アミン、無水テ
トラヒドロフタル酸、メチルナジック酸、ｍーフェニレ
ンジアミン、エチルメチルイミダゾール、ポリアミド、
ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、アミ
ノエチルペピラジン、無水クロレンデック酸、無水トリ
メック酸、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、ジシアン
ジアミド等が挙げられる。

【００１６】この場合において、この添加剤の配合割合
は、用いられる熱硬化性樹脂や添加剤によっても異なる
が、一般に、熱硬化性樹脂１００重量部に対し添加剤
０．１〜３０重量部とするのが望ましい。

【００１７】また、この熱硬化性樹脂組成物には、所望
により、炭酸カルシウム、クレー、タルク、カオリン、
アルミナ、石綿、硫酸バリウム、ケイソウ土、ミルドフ
ァイバー、マイカ粉、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウ
ム、酸化チタン又はシリカ等の無機質充填剤が添加され
る。

【００１８】この充填剤の添加量は熱硬化性樹脂１００
重量部に対し、１０〜３００重量部とすることが好まし
く、特に２０〜２００重量部とすることが一層好まし
い。

【００１９】更に、この熱硬化性樹脂組成物は、難燃
剤、老化防止剤、酸化防止剤、染料、顔料、レベリング
剤、カップリング剤、内部離型剤なども必要に応じて使
用されるが、その配合量は熱硬化性樹脂１００重量部に
対して０．１〜３０重量部とすることが適当である。

【００２０】本発明において、熱硬化性樹脂組成物を基
材に含浸させる方法としては、基材を上述の熱硬化性樹
脂組成物の樹脂液中に浸漬する方法、基材にこの樹脂組
成物の配合液をスプレーで吹き付ける方法、基材にこの
配合液をロールコータなどにより塗布する方法などがあ
る。

【００２１】この場合、基材中の空気を完全に熱硬化性
樹脂組成物の配合液と置換させることが重要であり、キ
スコーターを併用したり、含浸を減圧下で行うことが好
ましい。又、いずれの方法を採用するにしても、基材及
び熱硬化性樹脂組成物の歩留まりを良くするために、特
に帯状の基材ないしフィラメント状の基材をロールから
必要なだけ連続的に繰り出し、この基材に連続的に熱硬
化性樹脂組成物の配合液を含浸させることが好ましい。

【００２２】基材に含浸させる熱硬化性樹脂組成物の量
はＦＲＰパイプの用途によって異なり、特に限定される
ものではないが、広範な用途に利用できるようにするた
めに、未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材
において、その熱硬化性樹脂組成物量が、１５〜２５重
量％が好ましく、特に１７〜２２重量％が最適である。

【００２３】熱硬化性樹脂組成物量がこの範囲よりも少
ない場合には、熱硬化性樹脂組成物の絶対量が不足し、
ボイドの発生を抑えられなくなり、電気絶縁性など必要
な電気特性が得られなくなる恐れがある他、機械的強度
が不足するので好ましくなく、又、熱硬化性樹脂組成物
量がこれよりも多い場合には、広い温度域や極低温雰囲
気下での寸法変化率が大きくなり過ぎて精密機器の部品
として適さなくなる。

【００２４】この寸法変化率とは、例えば２５〜−１９
６℃までのＦＲＰパイプの層方向に垂直方向の寸法変化
率が０．４％以下といったレベルのものである。

【００２５】そして、本発明においては、熱硬化性樹脂
組成物を含浸した繊維基材を芯金に巻き付ける工程を減
圧下で行うことに最も大きな特徴を有する。

【００２６】熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材を
マンドレルや金属パイプといった芯金に巻き付ける方法
としては特に限定されるものではない。

【００２７】熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材を
マンドレルや金属パイプといった芯金に巻き付ける場
合、芯金を加熱しておくことや芯金に巻き付ける直前に
熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材をヒーターなど
により加熱し、熱硬化性樹脂組成物を軟化させること
は、層間の密着性を向上させるために有効な手段であ
る。

【００２８】この場合、高温になり過ぎると熱硬化性樹
脂組成物の流動性が高くなり過ぎて、ＦＲＰパイプの厚
さ精度や表面状態に悪影響をおよぼすため、熱硬化性樹
脂組成物の温度が１５０℃以下、より好ましくは１２０
℃以下で行うのが望ましい。

【００２９】本発明においては、この熱硬化性樹脂組成
物を含浸した繊維基材の芯金への巻き付け工程を減圧
下、特に２００Ｔorr以下、より好ましくは１００Ｔorr
以下の減圧下で行うことが望ましい。

【００３０】本発明においては、特に２００Ｔorr以下
で行うのが望ましく、２００Ｔorrを超えると、基材の
厚さや用いられる熱硬化性樹脂組成物の種類や粘度等に
よって、層間に残ろうとするボイドを完全に除去するこ
とが困難であり、電気特性や機械的強度の面で十分な特
性が得られなくなる恐れがあるので望ましくない。

【００３１】本発明において、このように熱硬化性樹脂
組成物を含浸した繊維基材を芯金に巻き付ける工程を減
圧下におくのは、巻き付け作業が行われる装置全体でも
よいが、熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材が芯金
に巻き付けられる芯金の部分だけでもよい。

【００３２】ところで、本発明において、熱硬化性樹脂
組成物を含浸した繊維基材が芯金に巻き付ける方法とし
ては特に限定されるものではなく、具体的には、例えば
シートワインディング法等の手法によって芯金に巻き付
ければ良いのである。

【００３３】このように、熱硬化性樹脂組成物を含浸し
た繊維基材の芯金への巻き付け後、外層に加熱により収
縮するテープを巻いて硬化処理を行ってもよい。この加
熱により収縮するテープとしては、セロハンフィルムや
離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム
などが挙げられる。

【００３４】この加熱硬化には、通常の加熱装置内で行
われ、熱源としては、電気ヒータ、スチームヒータなど
をその例として挙げることができる。

【００３５】

【作用】本発明は、上記構成を有し、未硬化の熱硬化性
樹脂組成物を含浸した繊維基材を芯金に巻き付ける工程
を減圧条件下で行うので、ボイドが極めて少ないＦＲＰ
パイプを成形することができ、化学分野、電気・電子分
野、各種プラント等、種々の分野の苛酷な条件下で利用
できる上、電気特性が優れる作用を有するのである。

【００３６】又、未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸し
た繊維基材において、その樹脂組成物量が、１５〜２５
重量％に設定すると、ＦＲＰパイプが広範な用途に利用
できる上、特に広い温度域や極低温雰囲気下での寸法変
化率が少ない作用を有するのである。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例 ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂(油化シェル製の商品
名:エピコート８２８及びエピコート１００１を重量比
５０:５０)３５重量％のメチルエチルケトン溶液１００
重量部に、硬化剤としてジシアンジアミド(日本カーバ
イド製の商品名:ジシアンジアミド)１．８重量部、及び
硬化促進剤にイミダゾール(四国化成製の商品名:イミダ
ゾール２ＭＺ−ＣＮ)０．２重量部を添加してエポキシ
樹脂組成物の配合液を得た。

【００３８】基材として、厚さ０．２５mmの電気用無ア
ルカリガラスクロス(打ち込み:４４／２３、糸使い:経
７５−１／０、緯３７−１／０、旭シュエーベル製商品
名:ＡＳ７６３７／４５０)を用い、キスコーターを併用
したフリーディッピング装置にて塗工し、温度１２０℃
で１０分間乾燥して、厚さ０．２６mm、樹脂組成物量２
０重量％のプリプレグを得た。

【００３９】次いで、このプリプレグを９０Ｔorrに減
圧した室内で、外径１００mmの鋼鉄製マンドレルに５０
層巻き付けた。この際、赤外線ヒータを用い、プリプレ
グが約８０℃になるように加熱した。

【００４０】更に最外層に、熱収縮テープとして、離型
処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルムテー
プをハーフラップで巻き付けた。

【００４１】これを常圧に戻し、硬化炉に入れ、１２０
℃で６時間、次いで１６０℃で６時間加熱し硬化させ
た。常温に戻した後に鋼鉄製マンドレルを引き抜き、肉
厚１０mmのＦＲＰパイプを得た。

【００４２】比較例１ 実施例のプリプレグを用い、常圧下で鋼鉄製マンドレル
に巻き付けた他は実施例と同様の条件でＦＲＰパイプを
作製した。

【００４３】次に、実施例及び比較例で得られたＦＲＰ
パイプを用い、以下に示す方法で浸透液テストによるボ
イド数、貫層耐電圧及び寸法変化率を測定した結果を表
１に示す。

【００４４】浸透液テストは、実施例及び比較例のパイ
プを長さ１０ｍｍに切り取り、一方の断面を浸透液に浸
漬し、この浸透液が反対側の断面上に達する時間により
測定した。

【００４５】又、貫層耐電圧はＪＩＳ Ｋ ６９１１
５．１０．２に準じて測定した。

【００４６】更に寸法変化率は、室温(６０℃)及び液体
窒素中(−１９６℃)での層方向に垂直方向の寸法を測定
し、室温からの変化率を求めた。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１に示す結果より、実施例のものは、比
較例に比べて、ボイドが少なく、電気特性及び寸法安定
性の面のいずれでも優れていることが認められる。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を有し、未硬化の
熱硬化性樹脂組成物を含浸した繊維基材を芯金に巻き付
ける工程を減圧条件下で行うので、ボイドが極めて少な
いＦＲＰパイプを成形することができるのであり、この
結果、化学分野、電気・電子分野、各種プラント等、種
々の分野の苛酷な条件下で利用できる上、電気特性が優
れるので、至極信頼性が高いなどの効果を有するのであ
る。

【００５０】又、未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸し
た繊維基材において、その樹脂組成物量が、１５〜２５
重量％に設定すると、ＦＲＰパイプが広範な用途に利用
できる上、特に広い温度域や極低温雰囲気下での寸法変
化率が少なく、精度が要求される分野で好適に用いられ
るなどの効果を有するのである。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年４月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 正則 福井市二の宮２丁目７番１号 新興化学工 業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸した
   繊維基材を芯金に巻き付ける工程を減圧条件下で行うこ
   とを特徴とする繊維強化プラスチックパイプの製造方
   法。
2. 【請求項２】 未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸した
   繊維基材において、その樹脂組成物量が、１５〜２５重
   量％であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化
   プラスチックパイプの製造方法。