JPH07117146A - 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】耐圧性、耐衝撃性、寸法安定性に優れた繊維強
化複合管を製造する、繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製
造方法。 【構成】繊維強化熱可塑性樹脂シートの幅方向に設けら
れた肉薄部を重合し、加熱融着一体化し、強化層たる中
空体を連続成形する第一工程及び該中空体を前進させつ
つ、中空体の内面に沿い、熱可塑性樹脂からなる管状体
を溶融状態で押出し、積層する第二工程からなる繊維強
化熱可塑性樹脂複合管を製造する方法であって、繊維強
化熱可塑性樹脂シートの接合部が、表裏面一状となるこ
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】繊維強化樹脂管の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂管は、金属管と比較して軽量で
か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。

【０００３】しかし、合成樹脂管は、金属管より耐圧性
及び耐衝撃性が、劣る。そこで、かかる問題を解消すべ
く、特開昭５７─１０００３０号公報には、熱可塑性樹
脂管の外面に、連続繊維が、管の長手方向に配されてい
る熱硬化性樹脂強化層及び連続繊維が、管の周方向に配
されている熱硬化性樹脂強化層を積層一体化した繊維強
化複合管が、開示されている。

【０００４】又、特開平４─２０１５４９号公報には、
熱可塑性樹脂管の外面に、連続繊維が、管の長手方向に
配された強化層及び連続繊維が、管の略周方向に配され
た強化層が融着一体化した繊維強化複合管が、開示され
ている。

【０００５】しかし、前者は、強化層が、熱硬化性樹脂
であるために、熱可塑性樹脂管との接着性が弱く、該繊
維強化複合管に、温水を流したり、高温下で使用した場
合、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との線膨張率の差によ
り、強化層と熱可塑性樹脂管が、剥離するといった問題
があった。

【０００６】又、後者では、強化層は、熱可塑性樹脂管
の外面に繊維強化シートを幅方向両端部で重ね合わせた
後、融着一体化することにより、形成されている。

【０００７】そのため、重合わせ部において、段差が生
じ、肉厚が厚くなるため、強化層の肉厚が不均一とな
り、繊維複合管の肉厚の精度が劣ると同時に、重合わせ
部での剥離が生じやすく、繊維複合管が表面に現れ、耐
圧性及び耐衝撃性に劣るといった問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】耐圧性、耐衝撃性、寸
法精度に優れた繊維強化熱可塑性樹脂複合管を容易に製
造し得る方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明で用いられる繊維
強化熱可塑性樹脂シートは、繊維及び熱可塑性樹脂より
なる。上記繊維は、熱可塑性樹脂の溶融温度で溶融、分
解しないものであれば、特に限定はされず、例えば、ガ
ラス繊維、シリコン繊維、チタン繊維、炭素繊維、ボロ
ン繊維、金属繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ビニロ
ン繊維、ニコノール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミ
ド繊維等の有機繊維等が挙げられる。繊維の長さは、短
いと得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の耐衝撃性等
が低下することがあるので、５ｍｍ以上が好ましく、
又、繊維の太さは、太いと繊維に熱可塑性樹脂の未含浸
部分が発生することがあり、又、細いと、繊維が切断す
ることがあるので、１〜１００μｍが好ましい。

【００１０】繊維強化熱可塑性樹脂シート中の繊維の配
向は特に限定されず、一定方向に配列されても、無秩序
に配列されてもよく、又、繊維をクロス状やネット状に
配列したものでもよい。

【００１１】繊維強化熱可塑性樹脂シート中の繊維の量
は、少ないと、繊維強化熱可塑性樹脂シートの強度の低
下にともない、得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の
耐圧性等が低下し、又、多いと、中空体と管状体の密着
性が低下し、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シートの耐
圧性等が低下することがあるので、繊維強化熱可塑性樹
脂シートの５〜７０重量％であることが好ましい。

【００１２】上記熱可塑性樹脂は、一般的なものが用い
られ、特に限定されず、例えば、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。熱可塑性樹脂は、単独で用
いられも、併用されてもよいが、併用する場合は、繊維
強化熱可塑性樹脂シートの強度の低下防止のため、相溶
性を有するものであることが必要である。

【００１３】上記繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方
法は、中空体を製造する際、接合部が、表裏面一状とな
るような繊維強化熱可塑性樹脂シートが得られればよ
く、特に限定されない。

【００１４】ここで、接合部とは、肉薄部を重合した部
分をいい、重合とは、肉薄部と繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートの幅方向対面に設けられた、整合する肉薄部とを重
ね合わせることをいう。

【００１５】又、表裏面一状とは、肉薄部を重合し、融
着一体化した後の接合部の厚みが、繊維強化熱可塑性樹
脂シートの平均の厚みと略同様となることをいう。

【００１６】例えば、多数のフィラメントよりなるロー
ビング状、又は、ストランド状の束状繊維を、粉体状熱
可塑性樹脂の流動床中を通過させ、得られた熱可塑性樹
脂の付着した繊維、又は、粉体状熱可塑性樹脂を分散し
た液体や溶融熱可塑性樹脂中に浸漬し、熱可塑性樹脂を
フィラメント間に含浸させ、得られた熱可塑性樹脂が含
浸された繊維を、肉薄部が重合された際、接合部が表裏
面一状となるような肉薄部が形成されるように凹凸部が
設けられた、一対の加熱ロール間を通過させ、熱可塑性
樹脂の溶融温度以上に加熱して繊維と樹脂を一体化さ
せ、繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方法等が、
挙げられる。

【００１７】又、上記方法の如く、シート化と肉薄部の
形成を同時に行う方法の他に、予め得られた、略均一な
厚さを有する繊維強化熱可塑性樹脂シートを、上記加熱
ロール間に通過させることにより、繊維強化熱可塑性樹
脂シートを得る方法の如く、シート化と肉薄部の形成を
二工程に分離して行う方法であってもよい。

【００１８】繊維強化熱可塑性樹脂シートの幅は、管状
体の外周長と略同様の長さものが用いられる。外周長よ
り短いと、熱可塑性樹脂からなる管状体を、中空体内面
に沿って、積層することが困難となり、又、長いと、熱
可塑性樹脂からなる管状体と繊維強化熱可塑性樹脂シー
トとの密着性が低下し、得られる繊維強化熱可塑性樹脂
複合管の強度低下を招くからである。

【００１９】繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚みは、得
られる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の用途により、任意
に定められるが、一般に、０．１〜３ｍｍのものが用い
られる。

【００２０】繊維強化熱可塑性樹脂シートの接合部が、
表裏面一状となることが必要である。

【００２１】肉薄部の幅方向の厚みは、一定である必要
はなく、局部が、薄くなったり、厚くなったりしても良
く、又、肉薄部の厚みが、繊維強化熱可塑性樹脂シート
の内部から幅方向端部にかけて、連続、非連続的に減
少、増加するものであってもよいが、一方の肉薄部が、
他方に比して薄いと、重合する際、折れ曲がったりする
ことがあるので、肉薄部とそれに整合する肉薄部は、共
に、略同様の厚みを有することが好ましい。

【００２２】但し、接合部が、表裏面一状となることが
必要であるため、肉薄部とそれに整合する繊維強化熱可
塑性樹脂シートの対面に設けられた肉薄部の合計の厚み
が、肉薄部を除いた繊維強化熱可塑性樹脂シートの平均
の厚みと略同様であることが好ましい。

【００２３】略同様でないと、繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートを加熱し、熱可塑性樹脂を溶融状態とした際の、熱
可塑性樹脂の流動による中空体の厚みの均一化が図れな
いことがあるからである。

【００２４】肉薄部の幅は、繊維強化熱可塑性樹脂シー
トの幅の１〜２０％であることが好ましい。１％より小
さいと、肉薄部同士の重ね合わせが困難となり、重合を
完全に行うことが困難となることがあり、又、２０％よ
り大きいと、重合する際、肉薄部が折れ曲がることがあ
るからである。

【００２５】本発明の第一工程は、繊維強化熱可塑性樹
脂シートの幅方向両端部に設けられた肉薄部を重合し、
中空体を連続成形する工程である。肉薄部を重合し、中
空体を連続成形する方法は、特に限定されず、例えば、
繊維強化熱可塑性樹脂シートを、押出し金型に挿入加熱
し、肉薄部分を重合、融着一体化し、中空体を製造する
方法が挙げられる。

【００２６】繊維強化熱可塑性樹脂シートを加熱する
際、熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱することが必要
である。

【００２７】管状体の成形に用いられる熱可塑性樹脂
は、特に限定されず、例えば、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、単独で用いられても、併用され
てもよい。

【００２８】又、繊維強化熱可塑性樹脂シートに用いら
れたものと同一の熱可塑性樹脂を用いてもよいし、異な
ったものでもよい。但し、異なったものを用いる場合
は、中空体と管状体との密着性の低下により、得られる
繊維強化熱可塑性樹脂複合管の耐圧性が低下するので、
相溶性を有することが必要である。

【００２９】管状体は、熱可塑性樹脂よりなるが、物性
を損なわない範囲で、熱安定剤、可塑剤、滑剤、酸化防
止剤、紫外線吸収剤、顔料、無機充填剤、加工助剤、改
質剤等を添加してもよい。

【００３０】本発明の第二工程は、中空体を前進させつ
つ、中空体の内面に沿い、熱可塑性樹脂からなる管状体
を溶融状態で押出し、積層し、繊維強化熱可塑性樹脂複
合管を製造する工程である。積層する際、管状体の内部
に圧力をかけることは、中空体と管状体との密着性の向
上により、得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の耐圧
性等が向上し、好適である。管状体を溶融状態で押出し
た後、管状体を溶融状態に保持するために、必要に応じ
て、管状体を加熱してもよい。

【００３１】得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の強
化層面に、更に、繊維強化熱可塑性樹脂シートを積層
し、又、繊維が含有された熱可塑性樹脂よりなるテープ
状若しくは紐状の繊維複合体をスパイラル状に巻き付け
る等することは、繊維強化熱可塑性樹脂複合管の耐圧性
等が向上し、好適である。

【００３２】

【作用】上述の如く、本発明で用いられる繊維強化熱可
塑性樹脂シートには、肉薄部が設けられており、接合部
が、表裏面一状となる。

【００３３】接合部が、表裏面一状となるので、中空体
と管状体との間に隙間を生じることなく、両部材を積層
することができ、両部材の密着性を向上させることがで
きる。

【００３４】

【実施例】

（実施例１）繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造に用い
た装置を、図３に示した。以下において、図の右側を、
前方とする。流動床装置（１６）の槽底は、多数の孔が
設けられた多孔板（１７）で形成せられており、気体供
給路から送られてきた空気（Ｇ）が多孔板（１７）の下
方から、多数の孔を通って上方に噴出される。その結
果、流動床装置（１６）の槽内に供給された粉体状熱可
塑性樹脂は、噴出する空気（Ｇ）によって流動化状態に
なり、流動床（Ｒ）が形成される。

【００３５】流動床装置（１６）の槽内及び前後上端に
は、繊維を案内するためのガイド・ロール（１８）が設
けられている。上記流動床装置（１６）を用い、巻出し
ロール（１９）から多数の連続フィラメントよりなる繊
維（Ｆ１）１０本を、巻取りロール（２０）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、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、酢酸ビニルー塩化ビニル共重合
体（酢酸ビニル量８％、平均粒径２５０μｍ）を用い、
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。熱可
塑性樹脂の付着した繊維（Ｆ２）を、１８０度に加熱さ
れた一対の加熱ロール（２１）間を通過させて加熱・加
圧し、熱可塑性樹脂を溶融させて、熱可塑性樹脂を繊維
と一体化させる。

【００３６】ここで、加熱ロール（２１）を構成する上
部加熱ロール及び下部加熱ロールのうち、上部加熱ロー
ルは、幅９１ｍｍ、前方から見て、右端から２０ｍｍに
かけて、均一な高さ０．３ｍｍを有する凸部を有し、下
部加熱ロールは、幅９１ｍｍ、前方から見て、左端から
２０ｍｍにかけて、均一な高さ０．３ｍｍを有する凸部
を有する。又、凸部での、上部加熱ロールと下部加熱ロ
ール間の隙間が０．３ｍｍである。

【００３７】得られた繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ａ
１）（（Ａ１）中の横線は、繊維強化熱可塑性樹脂シー
ト中の繊維を模式的に表したものである）を、巻取りロ
ール（２０）に巻取った。この繊維強化熱可塑性樹脂シ
ート（Ａ１）の熱可塑性樹脂と繊維との割合は、熱可塑
性樹脂７５重量％、繊維２５重量％であった。上記の繊
維強化熱可塑性樹脂シート（Ａ１）の幅両端部に設けら
れた肉薄部分のうち、それぞれ、繊維強化熱可塑性樹脂
シート（Ａ１）の両端部から１０ｍｍを切断し、繊維が
長手方向に配され、幅が１０ｍｍ、且つ、厚みが、均一
に０．３ｍｍである肉薄部を有し、幅が９１ｍｍである
繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ａ１）を得た。

【００３８】繊維強化熱可塑性樹脂複合管（Ｃ）の製造
に用いられた装置を、図１及び図２に示した。繊維強化
熱可塑性樹脂複合管（Ｃ）の製造装置は、繊維強化熱可
塑性樹脂シート（Ａ１）が巻回されている巻出しロール
（１）と、その前方に配置されかつ先端部が前向き直角
に折り曲げられ、その外周部が横断面円形の内金型
（２）となされた熱可塑性樹脂押出用第１押出機（３）
と、第１押出機（３）の後部一側方に配置された加熱手
段（４）と、内金型（２）を両側から挟んでいる一対の
鼓状賦形ロール（５）と、第１押出機（３）の先端部の
軸心に設けられかつ内金型（２）より前方に突き出した
突出部（６ａ）を有するコア（６）と内金型（２）の先
端部分からコア（６）の突出部（６ａ）の先端までのび
ている外金型（７）の後部に同心状に配置せられかつ外
金型（７）に向かって内径が次第に狭められたテーパー
状導入口（８ａ）を有するガイド部材（８）と、一対の
賦形ロール（５）とガイド部材（８）との間に配置され
た加熱手段（９）と、その前方に配置された冷却装置
（１０）と、冷却装置（１０）の前方に配置せられた引
取機（１１）とを備えているものである。

【００３９】内金型（２）と一対の鼓状賦形ロール
（５）との間には、繊維強化熱可塑性樹脂シート（Ａ
１）の両端部に設けられた肉薄部を重合し、成形すべき
中空体（Ａ２）の厚み分の間隙が設けられている。コア
（６）の内金型内部分（６ｂ）は小径であり、内金型
（２）の先端近くから逆円錐状に太くなって突出部（６
ａ）では大径の円柱状となっている。この突出部（６
ａ）と管状体（Ａ２）との間には、第１押出機（３）か
ら押し出されてくる溶融熱可塑性樹脂（Ｂ１）により形
成せられる管状体（Ｂ２）の厚み分の間隙が設けられて
いる。

【００４０】上記で得られた繊維強化熱可塑性樹脂シー
ト（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である熱風発生機により熱風を吹
きつけて加熱し、次に強化層用繊維強化熱可塑性樹脂シ
ート（Ａ１）の両端部に設けられた肉薄部（ａ）を重合
し、賦形ロール（５）と内金型（２）とにより外径３
２．１ｍｍ、厚み０．６ｍｍの中空体（Ａ２）に連続成
形した。賦形ロール（５）により成形された中空体（Ａ
２）を、加熱手段（９）である赤外線ヒーターにより溶
融可塑化状態となるように加熱した後、ガイド部材
（８）を通して内金型（２）及びコア（６）の突出部
（６ａ）と外金型（７）との間の間隙に導き入れた。こ
の際、内金型（２）、コア（６）及び外金型（７）は２
００℃に加熱されており、ここで肉薄部（ａ）は融着さ
れる。得られた中空体（Ａ２）を前進させつつ、その内
面に沿って第１押出機（３）より熱可塑性樹脂（Ｂ１）
を溶融状態で押し出し、積層し、内径２４．９ｍｍ、外
径３２．１ｍｍ、肉厚が３．６ｍｍの繊維強化熱可塑性
樹脂複合管（Ｃ）を得た。

【００４１】熱可塑性樹脂（Ｂ１）として、塩素化ポリ
塩化ビニル（塩素化度 ６４重量％）を用いた。

【００４２】得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合管
（Ｃ）の接合部の厚さ及び接合部を除いた平均の厚さ、
耐圧性を、下記の方法で測定し、その結果を表１に示し
た。

【００４３】（接合部の厚さ）得られた繊維強化熱可塑
性樹脂複合管（Ｃ）を輪切り状に切断し、接合部の厚さ
をデジタル式マイクロメータで測定した。

【００４４】（平均の厚さ）得られた繊維強化熱可塑性
樹脂複合管（Ｃ）を輪切り状に切断し、管の肉厚部を無
作為に８点を選び、デジタル式マイクロメータで測定
し、その平均値を算出した。

【００４５】（耐圧性）ＡＳＴＭ Ｄ２３８７に従っ
て、内圧クリープ試験（９５℃×２０ｋｇ／ｃｍ² ）を
行い、得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合管の耐久時間
を測定した。

【００４６】（比較例１）実施例１の繊維強化熱可塑性
樹脂シート（Ａ１）の代わりに、肉薄部を有さず、厚み
が０．６ｍｍである以外は、実施例１と同様である繊維
強化熱可塑性樹脂シート（Ａ１）を用い、シートを重ね
合わせず、両端を突き合わせて、中空体を得た以外は、
実施例１と同様にして、繊維強化熱可塑性樹脂複合管
（Ｃ）を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合管
（Ｃ）の接合部の厚さ及び接合部を除いた平均の厚さ、
耐圧性を、実施例１と同様の方法で測定し、その結果を
表１に示した。

【００４７】（比較例２）比較例１で用いられた繊維強
化熱可塑性樹脂シート（Ａ１）を用い、両端部１０ｍｍ
を重ね合わせて、中空体を得た以外は、実施例１と同様
にして、繊維強化熱可塑性樹脂複合管（Ｃ）を得た。得
られた繊維強化熱可塑性樹脂複合管（Ｃ）の接合部の厚
さ及び接合部を除いた平均の厚さ、耐圧性を、実施例１
と同様の方法で測定し、その結果を表１に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【発明の効果】本発明である繊維強化熱可塑性樹脂複合
管の製造方法の構成は、上記の通りである。本発明によ
れば、管状体たる内層と強化層間において、それぞれ熱
可塑性樹脂が連続的に融着一体化している。しかも、強
化層では接合部では、表裏面一状となっており、段差が
なく、得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合管は、均一な
肉厚を有する。更に、補強繊維の存在しない部分の生じ
ることのない優れた繊維強化熱可塑性樹脂複合管を容易
かつ連続的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造装
置の一部切欠平面図である。

【図２】図２は、発明の要旨の説明図である。

【図３】図３は、流動床装置の断面図である。

【符号の説明】

Ａ１ 繊維強化熱可塑性樹脂シート Ａ２ 中空体 Ｂ１ 溶融熱可塑性樹脂 Ｂ２ 管状体 ａ 肉薄部 Ｃ 繊維強化熱可塑性樹脂複合管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 9:00 23:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化熱可塑性樹脂シートの幅方向両端
   部に設けられた肉薄部を重合し、加熱融着一体化し、強
   化層たる中空体を連続成形する第一工程及び該中空体を
   前進させつつ、中空体の内面に沿い、熱可塑性樹脂から
   なる管状体を溶融状態で押し出し、積層する第二工程か
   らなる繊維強化熱可塑性樹脂複合管を製造する方法であ
   って、中空体の接合部が、表裏面一状となることを特徴
   をする繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法。