JPH0635158B2 - 厚肉強化プラスチック複合管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内層，外層を繊維強化プラスチック層で形成し
その中間を樹脂モルタル層で形成する強化プラスチック
複合管に係る。

［従来の技術］ 繊維強化プラスチックの強度，耐食性，軽量性などの特
性に着目し、剛性を強化するために中間層として樹脂モ
ルタル層を挾在させる複合管は地下埋設用の下水道管と
して広く使用されている。

両材料の特性を活用することによって地下に埋設したと
きの腐食条件に耐え土砂の重量による外圧にも耐え得る
し、地震や重車両の通過に伴う振動，衝撃，不均等な押
圧など予期せぬ外力に対して信頼性の高い耐力を具えて
いる。

このような複合管は内層および外層を形成する繊維強化
プラスチック層と、中間層である樹脂モルタル層とが一
体的に緊密に重なり合って負荷される外圧に一体となっ
て対抗する構成が必要であり、この製造方法としていく
つかの提案が発表されてきた。

その一例としてたとえば特公昭４８−３７１３９号公報
・第４図（イ）（ロ）においてはマンドレル１ａ上へボ
ール紙などの帯状体３ａを螺旋状に巻き回して芯筒４ａ
を形成し、その上へ熱硬化性プラスチック液を含浸した
繊維（あるいは織布または不織布）の帯状体６ａを巻き
回して内層７ａを形成し、引き続き砂などの基材に熱硬
化性プラスチックを混練した材料を所望の厚さＴに搾出
した帯状体９ａを螺旋状に巻き回して樹脂モルタル層１
０ａを形成する。この帯状体の成形については種々の方
法が適用できるが、この引例では内部に回転スクリュー
５０を軸支した円筒５１の一端上部から前記の混練材料
を供給し、他端へ向けてスクリューで強制的に送給しつ
つ他端の矩形に絞って開口部から圧蜜成形された帯状体
を押し出す搾出器８ａを採っている。この帯状体９ａは
そのまま送り出されて内層７ａの上に緊密に巻き重ねら
れ、さらにこの上から再び熱硬化性プラスチック液を含
浸した繊維の帯状体６ｂを巻き回して外層１２ａを形成
する。ここまでが複合管の成形工程であって、マンドレ
ルとその外面に形成した３重の累積層はそのまま進み硬
化オーブン１１ａ内で外周から均等に加熱されると、内
層，外層およびその中間層にそれぞれ配合されている熱
硬化性樹脂が硬化し三者一体となった強固な複合管を形
成する。

なお該技術分野においては前述のように相当数の提案が
公開されていて、別の例として特公昭５９−１１７７号
公報・第５図（イ）（ロ）のように樹脂モルタル層を搾
出するのに供給機５３から自然落下した混練材料が両側
の仕切板５４，５４と回転ローラ５５との間で形成する
矩形状の開口部から自重と回転ローラの摩擦によって帯
状に絞り出す構成を採るものもある。

また、この従来技術を改良したと思われる特開昭56-131
37号公報においては、第５図の挾圧する回転ローラを複
数として加圧力を増強し、その間に樹脂モルタル層から
脱気を行なうようにしたものである。この従来技術が目
的として示していることは、従来、マンドレル上へ巻き
付けられたスチールベルト上にレジンモルタル材料から
なる厚肉の成形材料層を形成させることが困難であった
という課題を解決することである。レジンモルタル層が
加熱硬化する前の段階では型崩れを起こしたり、途中か
らこぼれ落ちたりすることが多く、厚肉となるほどその
欠点が製造上の大きな障害となっている。確かに断面が
矩形の帯状体に成型された材料が芯型に巻き回されるま
でに側面が崩れると、螺旋状に順次巻き付けている側面
同士が重なって円滑な表面が形成できなくなることが多
く、この点を改善するために業界の技術者がそれぞれ苦
労を続けていることは事実である。この技術も硬化前の
生の強度を上げて形崩れの起きないように図った発明で
あると評価できる。さらに外層を補強樹脂で形成し、両
層の中間を樹脂モルタル層で形成する複合管の製造に当
って、樹脂モルタル層を比較的薄い層で複層に分けて巻
き回し、各樹脂モルタル層の間へ補強樹脂を挟むという
製造方法を開示した特開昭54-6078号公報もある。前記
のように樹脂モルタル層が厚肉となるほど、押圧しても
生の強度は上がり難く、成形後の芯型への巻き付けの段
階で形崩れを生じ連続的な巻き付けを阻害することは良
く知られているから、樹脂モルタル層を薄い層に分割し
て巻き付け、なお、中間に補強の樹脂材を挾在すれば、
成形時のトラブルがなく、かつ硬化後の強度にも好影響
を与えることは容易に推定され、その点の評価はでき
る。

［発明が解決しようとする課題］ 最近のように樹脂モルタル層を介在する強化プラスチッ
ク管の用途が広がり、かつ管の内径も増大する要請が高
まることは都市機能の向上から自然の成行きと言える。
管径を大きくすれば管へ負荷する土圧や突発的な振動な
ども当然増幅するからこれに耐えるには管の肉厚を増加
して対処しなければならない。この場合、たとえば管厚
が１２mmにおける各層の構成を内層（繊維強化プラスチ
ック層）１．５mm、中間層（樹脂モルタル層）９mm、外
層（内層と同じ）１．５mmとするのが強度と剛性のバラ
ンス上最良の組合せであるならば、管厚を３倍に増加す
る必要のあるときにも前記の比率をそのまま流用して内
層４．５mm、中間層２７mm、外層４．５mm、合計３６mm
とするのが最もバランスのとれた構成であるとみなされ
ている。

しかしながら実際には管厚がある上限を越えるとこの目
算は成り立たなくなることが経験的に知られている。た
とえば中間層の厚さが２５mmを越すと管の単位面積当り
の強度，剛性は著しく低下することが認められる。

その主な原因は樹脂モルタル層の形成過程にあると考え
られる。すなわちモルタルの定義とおり樹脂モルタルは
砂粒に液状樹脂を配合して混練したものであり、樹脂量
にもよるが一般にペースト状を呈し押し出しにしろ絞り
出しにしろ狭い開口部から搾出されれば帯状に成形はさ
れるが、単独ではこの形を保つことが難しく、第４図
（ロ）における不織布などの帯状体５２をモルタル層の
底に添わせて移動中の形崩れを防ぐ程度である。第５図
におけるテープ５６も同様である。

このような性状のモルタルは開口部を変えれば成形され
た帯状体の厚さを変えることができるが、搾出の手段が
同じである以上成形体が厚くなればその圧密度は次第に
小さくならざるを得ない。

樹脂モルタル層は珪砂などの骨材を100とすれば、配合
される熱硬化樹脂は一般にほぼ15程度であり、セメント
モルタルと同様、強力に押圧したところで成形圧に対し
て砂粒は逃げるから、さほど緻密に固まった成形体が得
られるわけではない。特に厚肉とをなるにつれて、その
傾向が増大し表裏両面から強く圧縮してもその押圧力は
内部まで届き難いことが主な原因として挙げられる。

成形過程における樹脂モルタル層の層厚の限度とは別
に、加熱硬化による課題も生じる。

すなわち層厚が大きくなると外周からの全面加熱時間が
増大することは当然の帰結であり、連続的な製管工程に
おける全ての工程はここで平衡を崩し異常な低生産性に
苦しむこととなる。特に珪砂などの骨材は金属に比べて
当然ながら熱伝導率がきわめて低く、表面から加熱して
も内部にその熱が到達するまでに相当の時間を費やすこ
と、厚肉の樹脂モルタル層であれば、さらに長い時間が
必要となる上、あまりに長時間の加熱は却って表面の過
熱を誘発し、却って強度低下の原因となりやすいという
懸念が生じるのである。すなわち、製造時の加熱条件の
設定がきわめて困難となり、内外の全層に亘って均等に
硬化することが技術的に求め難くなるという課題が大き
い。先に掲げた各従来技術は何れも成形時の生の強度を
高めてその時点における形崩れや巻き付け中の落ちこぼ
れを防止するうえでは、それなりの効果が得られること
は否定できないが、前述の硬化後の強度、剛性低下とい
う課題については無関係であり、解決を期待することは
不可能である。

本発明は以上に述べた課題を解決するために管の肉厚が
増大しても単位当りの強度が劣化しない厚肉用の強化プ
ラスチック複合管およびその製造方法の提供を目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る厚肉強化プラスチック複合管の製造方法
は、マンドレル上へ帯状体を螺旋状に巻き回して芯筒を
形成し、該芯筒上へ熱硬化性プラスチック液を含浸した
繊維からなるプラスチック強化帯状体を螺旋状に巻き回
して内層を形成し、該内層上へ砂などと熱硬化性プラス
チックを混練した材料をあらかじめ設定した上限以下の
厚さに搾出した帯状体を螺旋状に巻き回して第一の樹脂
モルタル層を形成し、前記複合層を外周から均等に加熱
硬化し、該第一の樹脂モルタル層とほぼ同様に帯状体を
螺旋状に巻き回して第二の樹脂モルタル層を形成し、製
品として必要な管厚に達するまで前記帯状体を螺旋状に
巻き重ねてはその都度加熱硬化を繰り返し、所望の管厚
が強力で一体的に結合した樹脂モルタル層として形成さ
れた後、その最外層へプラスチック強化帯状体を螺旋状
に巻き回して全体を緊密に被覆することによって前記の
課題を解決した。また、この場合において具体的に搾出
される樹脂モルタル帯状体のあらかじめ設定された上限
の厚さは、いずれもそれぞれ25ｍｍであることがきわめ
て望ましい実施例である。

［作用・実施例］ 第１図は本発明のうち製造方法の実施例を示す正面図で
ある。

マンドレル１は一端を支持枠２によって水平に支持され
ていて、この上へボール紙などの帯状体３が芯材として
斜めに巻きつけて芯筒４を連続的に形成する。なおこの
図では無端ベルト５を回動して帯状体３とベルトの摩擦
によって帯状体はマンドレル上に螺旋状に巻き付けられ
滑りながら図の右方へ移動して連続的に芯筒４を形成し
て行く望ましい実施例を示している。

ガラス繊維を熱硬化性プラスチック液に含浸したプラス
チック強化帯状体６Ａをこの芯筒４の上に螺旋状に巻き
回して内層７を形成する。

砂粒などへ熱硬化性プラスチックを配合混練した材料を
搾出器８Ａから帯状体９Ａに成形して第一の樹脂モルタ
ル層１０Ａを形成する。引き続きこの累積層は一体的に
右方へ移って第一の硬化オーブン１１Ａの内部へ進入す
る。硬化オーブンはトンネル炉式に管状物を全周から均
等に加熱するもので図の右端から退出するまでにたとえ
ば内層に至るまで１３０℃程度に加熱し硬化させる。こ
の場合樹脂モルタル層１０Ａの層厚はあらかじめ経験的
に知られた限界値以下に設定しておくことが要件で現在
公知の強化プラスチック複合管の樹脂モルタル層では２
５mmを限度とするのが最も望ましい。

第一の硬化オーブン１１Ａから退出した複合管の上へ第
二の搾出器８Ｂから第二の帯状体９Ｂが螺旋状に表面に
巻き回され第二の樹脂モルタル層１０Ｂを形成する。

この段階で管厚が所望の寸法に近づいているときにはプ
ラスチック強化帯状体６Ｂを螺旋状に巻き回して正規の
寸法に仕上げたのち、第二の硬化オーブン１１Ｂ内部へ
進入して外層１２を形成する。しかし所望の肉厚に満た
ないときにはプラスチック強化帯状体６Ｂを巻き回すこ
となく、そのまま第二の硬化オーブン１１Ｂ内部へ進入
して硬化を進め、その上へ第三の帯状体を巻き回して第
三の樹脂モルタル層（図示せず）をさらに重ね合せる。
最終的に外層１２を形成して所望の管厚を得るまでこの
手順を繰返すこととなる。

このようにして成形硬化した長管は適宜所定の長さに切
断して完成品となるが、必要あるときは完全冷却後に最
内部の芯筒４を引き抜いて内層７を内面に露出させる。

第２図は完成品の一部断面図を示し比較的緻密な厚肉の
樹脂モルタル層を複合して肉厚にほぼ比例する曲げ応力
に対する強度を保持する作用が発現する。

［発明の効果］ 本発明は中間に厚肉の樹脂モルタル層を複数回に分けて
形成し、その各々が個別には緻密さの限界内の層厚に制
限され、別々に適当な時間の外熱を受けて加熱硬化して
各々単独の樹脂モルタル層の持つ強度の総和にほぼ等し
い強度を得ることができる。

各々の制限された層厚に基づく適当な加熱時間だけを外
周から加えられるから流れ作業では複数の熱硬化が同時
別個に進行する。従来のように限度を越えた厚肉の樹脂
モルタル層を硬化するためには長時間の加熱やそれに伴
う内外層の温度むら、外層付近の過熱劣化などの弊害が
誘発していたから、作業能率の向上とともに品質面で顕
著な改善も認められる。

従来技術と対比して、本発明の効果を第３図（イ）
（ロ）に例示する。

第３図（イ）は外圧試険結果で、同図（ロ）に示すよう
にゴム板Ｇで上下を挟んだ管へ線荷重Ｐを加えたときの
荷重と撓みの関係を示している。

二本の曲線は、共に内径2000mm，管厚４０mmの強化プラ
スチック複合管の試験結果であるが、鎖線で示す本発明
によって製作した管は、実線で示す従来技術によって製
作した管に比べ、強度および剛性が著しく高いことがわ
かる。

本発明により製作した管は、樹脂モルタル層を２層で形
成しているが、それ以外は従来技術の管と同一条件で製
作したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法の実施例を示す正面図、第２
図は該実施例によって得られた厚肉強化プラスチック複
合管の一例を示す垂直断面図の一部、第３図（イ）
（ロ）は外圧試験結果を示す線図とその試験方法、第４
図（イ）（ロ）は従来技術を示す正面図と側面図、第５
図（イ）（ロ）は別の従来例を示す正面図と側面図。 １……マンドレル、３……帯状体（芯材） ４……芯筒 6A，6B……プラスチック強化帯状体 ７……内層 8A，8B……搾出器 9A，9B……帯状体（樹脂モルタル） 10A，10B……樹脂モルタル層 11A，11B……硬化オーブン 12……外層 Ｔ……帯状体（樹脂モルタル層）の厚さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マンドレル上へ帯状体を螺旋状に巻き回し
   て芯筒を形成し、該芯筒上へ熱硬化性プラスチック液を
   含浸した繊維からなるプラスチック強化帯状体を螺旋状
   に巻き回して内層を形成し、該内層上へ砂などと熱硬化
   性プラスチックを混練した材料をあらかじめ設定した上
   限以下の厚さに搾出した帯状体を螺旋状に巻き回して第
   一の樹脂モルタル層を形成し、前記複合層を外周から均
   等に加熱硬化し、該第一の樹脂モルタル層とほぼ同様に
   帯状体を螺旋状に巻き回して第二の樹脂モルタル層を形
   成し、製品として必要な管厚に達するまで前記帯状体を
   螺旋状に巻き重ねてはその都度加熱硬化を繰り返し、所
   望の管厚が強力で一体的に結合した樹脂モルタル層とし
   て形成された後、その最外層へプラスチック強化帯状体
   を螺旋状に巻き回して全体を緊密に被覆することを特徴
   とする厚肉強化プラスチック複合管の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において搾出される樹脂モルタル
   帯状体のあらかじめ設定された上限の厚さが、いずれも
   それぞれ25ｍｍであることを特徴とする厚肉強化プラス
   チック複合管の製造方法。