JPH07214681A - 繊維強化樹脂製管状体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フィラメントワインディング法等により繊維強
化樹脂製管状体を製造する場合、加熱硬化を内外周の両
側から一様に行い得て歪等をよく排除した機械的強度に
優れた繊維強化樹脂製管状体を、充分に簡易な設備の付
加で、充分に低コストで製造する。 【構成】硬化性樹脂含浸繊維材ｍを中空マンドレル３１
に巻回し、この繊維材巻回マンドレルＭを、ヒ−タ付き
ブロワ５２を内部に設けた硬化炉５３内に収容し、その
ブロワ５２の吐出口５４と中空マンドレル３１の一端と
を連通し、硬化炉５３内の加熱雰囲気により上記巻回体
を外周側から加熱すると共に同硬化炉内の加熱雰囲気を
上記ヒ−タ付きブロワ５２により更に加熱しつつ中空マ
ンドレル３１内に送って同巻回体を内周側からも加熱し
て同巻回体を硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂製管状体、
例えば、管継手の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱硬化樹脂製品においては、賦型、硬
化、離型等の諸工程を経て製造され、その硬化工程にお
いては、未硬化半製品を内部と外部とから一様に加熱す
ることが歪発生、ボイド発生を防止するのに不可欠であ
る。

【０００３】従来、繊維強化樹脂製製品の製造方法とし
てフィラメントワインディング法（熱硬化性樹脂を含浸
した連続繊維をマンドレルに巻回・積層し、樹脂の硬化
後、マンドレルを脱型して製品を得る）が広く知られて
いる。

【０００４】而るに、通常、フィラメントワインディン
グ法において、マンドレルに巻回賦型された未硬化体を
硬化炉で硬化する際、その被硬化体が短いときは、マン
ドレルを経ての伝達熱のために、被硬化体を内部からも
充分に加熱でき、従って、被硬化体を内部と外部からの
両方で一様に加熱でき、上記した不均一加熱に起因する
歪等の発生を充分に防止できる。

【０００５】しかしながら、被硬化体が短くても、マン
ドレルと被硬化体との間に空所があったり〔例えば、図
２の（イ）に示す場合〕、被硬化体が長く、マンドレル
が長尺であって、マンドレルの長手方向の中央部にまで
加熱炉内の熱を充分に伝達できない場合、内部からの加
熱を満足に行い得ず、均一加熱が困難であって歪等の発
生が避けられない。

【０００６】而して、シャフト等の長尺物をフィラメン
トワインディング法により製造する場合、上記の不利を
排除するために、硬化炉内での加熱時、マンドレルをス
チ−ムの流通（マンドレルは中空にされる）、電気ヒ−
タまたは電磁誘導で加熱することが提案されている（特
開昭６２−５６１２３号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬化炉
内のマンドレルをスチ−ムの流通により加熱するには、
ボイラ−からの配管を硬化炉内にまで延設する必要があ
り、加熱炉内スぺ−スを広くしなければならず、硬化炉
の大型化が避けられない。しかも、スチ−ムによる加熱
は通常１００℃以下に制限され、硬化温度の高い樹脂に
は、適用し難い不利もある。

【０００８】また、電気ヒ−タまたは電磁誘導によりマ
ンドレルを加熱するには、抵抗線または磁界発生コイル
をマンドレルに取り付けなければならず、硬化終了後、
マンドレルを硬化体よりハンマ−等を使用して脱離する
際、抵抗線や磁界発生コイルが断線し易く、更にマンド
レルが高価につく等の不利もある。

【０００９】本発明の目的は、フィラメントワインディ
ング法等により繊維強化樹脂製管状体を製造する場合、
加熱硬化を内外周の両側から一様に行い得て歪等をよく
排除した機械的強度に優れた繊維強化樹脂製管状体を、
充分に簡易な設備の付加で、充分に低コストで製造する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る繊維強化樹
脂製管状体の製造方法は、硬化性樹脂含浸繊維材を中空
マンドレルに巻回し、この繊維材巻回マンドレルを、ヒ
−タ付きブロワを内部に設けた硬化炉内に収容し、その
ブロワの吐出口と中空マンドレルの一端とを連通し、硬
化炉内の加熱雰囲気により上記巻回体を外周側から加熱
すると共に同硬化炉内の加熱雰囲気を上記ヒ−タ付きブ
ロワにより更に加熱しつつ中空マンドレル内に送って同
巻回体を内周側からも加熱して同巻回体を硬化させるこ
とを特徴とする構成であり、硬化性樹脂含浸繊維材を遠
赤外線または熱風により加熱しつつ中空マンドレルに巻
回することもできる。

【００１１】以下、図面を参照しつつ本発明の構成を説
明する。図１は本発明により製造される繊維強化樹脂製
管状体の一例としての管継手を示し、繊維強化樹脂管継
手本体１の各受口の内面に短管状樹脂成形体２が一体に
固着されている。２１はゴムリング装着溝を、２２は止
めリング装着溝をそれぞれ示している。

【００１２】上記の短管状樹脂成形体２は、ゴムリング
や止めリング等の接触圧力が直接、繊維強化樹脂に作用
するのを排除し、ウィ−ピング現象（内部の水が発汗状
に漏水する現象であり、フィラメントワインディング法
による繊維強化樹脂製管継手に発生し易い）を抑制する
のに役立ち、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニ
ルエステル樹脂、フェノ−ル樹脂等の熱硬化性樹脂、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、アクリロニトリル−ブタジエン−スチ
レン共重合体、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリ
アミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリスルホン、ポリエ−テル・エ−テルケトン
等の熱可塑性樹脂等から加圧成形したものを使用でき
る。

【００１３】本発明により、図１に示す繊維強化樹脂製
管状体を製造するには、まず、図２の（イ）に示すよう
に、中空マンドレル３１に短管状樹脂成形体２，２を装
着し、各短管状成形体２をスペ−サ３２で支着し、この
マンドレルアセンブリを、図２の（ロ）に示す製造装置
に装備させ、そして、マンドレルアセンブリＡを回転さ
せ、ボビン４１，…から引き出した連続繊維材ａを硬化
性樹脂含浸槽４２に浸漬状態で通過させ、更に、この硬
化性樹脂含浸連続繊維材ｍをフィ−ドアイ４３により帯
状に収束させ、フィ−ドアイ４３をマンドレルアセンブ
リＡの軸方向にトラバ−スさせつつマンドレルアセンブ
リＡに巻き付けていく。

【００１４】上記硬化性樹脂には、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、フェノ−ル
樹脂等を使用でき、連続繊維材には、ガラス繊維や炭素
繊維等の無機繊維、あるいはアラミッド繊維やポリアミ
ド繊維やポリエチレンテレフタレ−ト繊維等の有機繊維
のロ−ビング、テ−プ（クロステ−プ、ロ−ビングクロ
ステ−プ、すだれテ−プ、チョップドストランドテ−
プ、コンティニュアステ−プ等）を使用できる。

【００１５】上記製品（管継手）内面にゴムリング装着
溝や抜け止めリング装着溝等のアンダ−カットが存在す
るにもかかわらず、マンドレル３１には縮径・割れ機構
を具備させる必要がなく、その材質には、特に軽量性を
優先させることが可能であり、軟鋼、ステンレス、アル
ミニウム、ジュラルミン等の金属の他、ウレタン等のゴ
ム材、ポリプロピレン、ホリエチレン等のプラスチック
材の使用も可能である。

【００１６】上記のようにして、中空マンドレルアセン
ブリＡに硬化性樹脂含浸繊維材を所定の外面形状で巻回
すれば、図２の（ハ）に示すように、ヒ−タ付きブロワ
５２（ヒ−タは５１で示している）を内部に設けた硬化
炉５３内に硬化性樹脂含浸繊維材巻回マンドレルＭ，…
を収容し、そのブロワ５２の吐出口５４と中空マンドレ
ル３１の一端とを可撓管５５（例えば、スチレンブタジ
エンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム等の合成ゴ
ム製、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン等のプ
ラスチック製）により連通する。

【００１７】上記の硬化炉５３には、出入自在の移動台
５６を具備させ、その移動台上にヒ−タ付きブロワ５２
並びに支持用スタンド５７，…等を設けたものを使用で
き、ブロワ５２の吐出口５４と中空マンドレル３１の一
端との可撓管５５による連通は、移動台５６を炉５３の
外部に引出し、支持用スタンド５７に硬化性樹脂含浸繊
維材巻回マンドレルＭを載置した状態で容易に行うこと
ができる。

【００１８】上記のヒ−タ付きブロワ５２においては、
一箇の吸込み口５０とｎ箇の吐出口５４，…を備えてお
り、各吐出口に硬化性樹脂含浸繊維材巻回マンドレルの
一端を連通し、一台のヒ−タ付きブロワをｎ箇の硬化性
樹脂含浸繊維材巻回マンドレルに共用することができ
る。このブロワ５２のフアン駆動用電源並びにヒ−タ電
流制御器（何れも図示されていない）は硬化炉５３外に
設置してあり、その駆動並びに制御は硬化炉５３の外部
から行なわれる。また、この電源並びに制御器を移動台
上のヒ−タ付きブロワに接続するための電線（図示され
ていない）は、当該移動台の出入移動に追従させ得る構
成とされている。

【００１９】上記硬化炉５３には、炉内雰囲気を加熱
し、その加熱雰囲気により収容物を加熱する方式、例え
ば、送風式の加熱炉が使用され、硬化性樹脂含浸繊維材
巻回マンドレルを硬化炉内に収容し、扉を閉じ、実質
上、炉を密閉状態としたのち、加熱器５３１で加熱した
空気をフアン５３２により炉５３内に送入し、被硬化体
の加熱による熱量の消費を、炉内雰囲気をフアン５３２
により低速循環させ加熱器５３１で加熱して補給してい
く。

【００２０】上記のようにして、硬化性樹脂含浸繊維材
巻回マンドレルＭを硬化炉５３内に収容すれば、硬化炉
５３内の雰囲気を加熱すると共にヒ−タ付きブロワ５２
によりその加熱雰囲気をブロワ５２内のヒ−タ５１によ
り加熱（炉内雰囲気温度よりも１０〜２０℃高い温度）
して硬化性樹脂含浸繊維材巻回マンドレルＭの中空内に
流通させ、その流通熱媒とマンドレル内面との接触によ
り当該流通熱媒の熱量の多くをマンドレル３１に伝達さ
せ、マンドレル３１内を通過した熱媒はマンドレル他端
より硬化炉内空間に流出させていく。

【００２１】而して、マンドレルに巻回された硬化性樹
脂含浸繊維材においては、外周側並びに内周側（マンド
レル側）の双方から加熱されていくが、内周側（マンド
レル側）には、硬化炉内雰囲気よりもかなり高温の熱媒
（空気）を流通させ、内部側からの供給熱量を大として
いるから、内部側に熱容量の大なるマンドレル並びに熱
容量と熱抵抗が共に大である空隙が存在するにもかかわ
らず、マンドレル上の硬化性樹脂含浸繊維材巻回体を外
周側並びに内周側の両方からほぼ等温・等速度で加熱す
ることが可能となる。

【００２２】このようにして硬化性樹脂含浸繊維材巻回
体を加熱して硬化させれば、硬化体を硬化炉からマンド
レルと共に取り出し、マンドレルを抜取り、硬化体の両
端を切断し、これにて、受口内面に短管状樹脂成形体を
一体に有する繊維強化樹脂製管継手の製造を終了する。

【００２３】なお、本発明に係る繊維強化樹脂製管状体
の製造方法は、硬化のための炉内での通常の加熱では、
内周側（マンドレル側）からの被硬化体内部への加熱が
外周面側からの被硬化体内部への加熱に較べて遅い繊維
強化樹脂製管状体を対象としており、上記直線状管継手
以外にも、図３に示す受口内面に短管状樹脂成形体２を
一体に有する繊維強化樹脂製ベント管継手、Ｔ型管継
手、十字型管継手、レジュ−サ、これら管継手の受口外
面にフランジ部を有するもの、更には、繊維強化樹脂製
管材も対象とされる。

【００２４】図４は請求項２記載の発明の要部を示す説
明図であり、上記図２の（ロ）に示す製造装置におい
て、マンドレル３１の近傍に熱風発生器６１または遠赤
外線ランプ６２を配設し、マンドレル３１に硬化性樹脂
含浸繊維材ｍを巻回する際、当該繊維材を熱風接触また
は遠赤外線照射あるいは双方により所定の温度に加熱し
つつマンドレルに巻回している。

【００２５】この発明において、熱風発生器６１または
遠赤外線ランプ６２による加熱温度は、硬化性樹脂含浸
繊維材ｍを巻回した際、充分な接着性により巻回層間の
確実な接着一体化を保障できる限り、できるだけ高温度
とすることが、上記硬化炉による硬化処理時間を短縮し
て生産能率を向上するうえに有効であり、通常、硬化炉
内温度と同程度とされる。

【００２６】

【作用】硬化の段階においてマンドレルと被硬化体との
間に空隙が存在する場合、或いは、マンドレルが長く被
硬化体が長尺の場合、外周側から被硬化体内部への熱伝
達性に較べ内周側から被硬化体内部への熱伝達性が悪
い。しかし、本発明においては、硬化炉内の加熱雰囲気
をマンドレル内に更に加熱しつつ流通させているから、
内周側への供給熱量を外周側への供給熱量よりも大にで
き、外周側から被硬化体内部への熱伝達性に較べ内周側
から被硬化体内部への熱伝達性が悪いにもかかわらず、
被硬化体を内周側並びに外周側から充分に一様に加熱で
きる。

【００２７】この場合、内周側への供給熱量は、流通熱
媒の流量と温度との積で制されるが、本発明において
は、温度を高くしているので（硬化炉内雰囲気よりも１
０〜２０℃程度高い温度）、流通熱媒の流量を小にで
き、ヒ−タ付きブロワの吸い込み流量を少なくし得、硬
化炉内雰囲気の不均一流動に起因する被硬化体外面の非
均一加熱を排除できる。

【００２８】従って、本発明によれば、被硬化体を内周
側並びに外周側から良好に充分に一様に加熱でき、歪等
の少ない機械的強度の優れた繊維強化樹脂製管状体を製
造できる。

【００２９】特に、請求項２記載の繊維強化樹脂製管状
体の製造方法においては、硬化性樹脂含浸繊維材が一定
の温度に加熱されつつ巻回され、巻回が終了した段階に
おいて、巻回体の全体が予備加熱されているから、加熱
炉内での加熱時間を短くできる。また、この加熱によ
り、巻回体に与えられる単位体積当りの熱量がほぼ一定
であるから、この予備加熱も充分に一様に行うことがで
き、この一様な予備加熱と上記硬化炉内での一様加熱と
により、この発明においても、被硬化体を充分に一様に
加熱でき、歪等の少ない機械的強度の優れた繊維強化樹
脂製管継手を製造できる。

【００３０】

【実施例】

実施例１ 請求項１記載の発明の実施例であり、製造した管継手は
水道管用の図１に示すソケット管継手（呼び径１５０）
である。短管状樹脂成形体には厚み３ｍｍのアセタ−ル
共重合体（ジュラコン）の射出成形品を、マンドレルに
は表面平滑仕上げした外径２９２ｍｍ，内径２８２ｍｍ
の鉄製（ＳＳ４１）円筒を使用した。熱硬化性樹脂組成
物には、不飽和ポリエステル〔三井東圧化学工業（株）
製オルソ系樹脂であり、スチレンを約４０％含有〕１０
０重量部に硬化剤としてメチルエチルケトンパ−オキサ
イド０．７重量部を配合したものを、繊維材には、番手
４５０００ｇ／ｋｍのガラスロ−ビング１０本を束にし
たものをそれぞれ使用した。 硬化性樹脂含浸繊維材巻
回体における繊維体積含有率は３０％であった。

【００３１】硬化炉には、送風式硬化炉を使用し、硬化
炉内の雰囲気温度を８０℃に、硬化炉内に設置したヒ−
タ付きブロワの吸込み流量を０．７ｍ³／時間に、ブロ
ワ吐出空気の温度を９０℃にそれぞれ設定した。

【００３２】かかる条件のもとで硬化性樹脂含浸繊維材
巻回体を硬化炉内に１．５時間入れて硬化させた。比較
例１ 実施例１に対し、ヒ−タ付きブロワの使用を省略した以
外、実施例１と同じとした。

【００３３】比較例２ 実施例に１対し、ヒ−タ付きブロワのヒ−タをオフと
し、中空マンドレルに温度８０℃の炉内雰囲気をブロワ
の吸込み流量０．７ｍ³／時間にて中空マンドレルに流
通させた以外、実施例１に同じとした。

【００３４】製造した実施例品並びに比較例品（試料数
はそれぞれ１０箇）について、静水圧試験を行ったとこ
ろ、比較例１のものでは、４０ｋｇ／ｃｍ²で破壊した
ものが１０箇中７箇、比較例２のものでは、１０箇中３
箇もあったが、実施例品においては、全て４０ｋｇ／ｃ
ｍ²を合格した。

【００３５】実施例２ 請求項２記載の発明の実施例である。製造した管継手は
水道管用の図３に示すベント管継手（呼び径１５０）で
あリ、使用した短管状樹脂成形体、熱硬化性樹脂組成物
並びに繊維材は実施例１と同じである。マンドレルには
割りを有し、縮径・分割による脱型が可能な曲がり円筒
を使用した。その円筒の外径並びに外径は共に実施例１
に同じとした。

【００３６】硬化性樹脂含浸繊維材の巻回には、予めコ
ンピ−タ−に記憶させたプログラムに従いフィ−ドアイ
を移動させる方式を使用し、硬化性樹脂含浸繊維材巻回
体における繊維体積含有率は実施例１とほぼ等しくし
た。遠赤外線による加熱温度をほぼ８０℃とした。硬化
炉には実施例１と同じものを使用し、硬化炉内雰囲気温
度を８０℃に、硬化炉内に設置したヒ−タ付きブロワの
吸込み流量を０．７ｍ³／時間に、ブロワ吐出空気の温
度を９５℃にそれぞれ設定し、かかる条件のもとで硬化
性樹脂含浸繊維材巻回体を硬化炉内に１時間入れて硬化
させた。

【００３７】この実施例品について静水圧試験を行った
ところ（試料数は１０箇）、全て４０ｋｇ／ｃｍ²を合
格した。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係る繊維強化樹脂製管状体の製
造方法によれば、硬化性樹脂含浸繊維材巻回体の加熱硬
化において、その被硬化体を外周側並びに内周側の双方
から一様に加熱できるから、不均一加熱に起因する歪の
発生をよく防止できる。この場合、被硬化体を内周側か
ら加熱するのに、硬化炉内の加熱雰囲気をヒ−タ付きブ
ロワで更に加熱のうえマンドレルに送入しているから、
ブロワの吸込み流量を小さくして硬化炉内での不均一流
の発生をよく防止でき、加熱炉内での多数箇の被硬化体
の一様加熱を充分に保障できる。また、被硬化体を内周
側から加熱する手段としては、硬化炉内にヒ−タ付きブ
ロワを設置し、このヒ−タ付きブロワの吐出口とマンド
レルとを連通するための可撓管を準備するだけでよいか
ら、スチ−ム配管を硬化炉内に導入するものに較べ付加
設備が簡単であり、マンドレルに抵抗線や磁界発生コイ
ルを具備させるものとは異なり、抵抗線等の断線の危険
性がなく、安全である。更に、硬化炉内の雰囲気を内部
加熱源として利用しているので、熱コスト上、経済的で
ある。

【００３９】従って、本発明によれば、機械的強度に優
れた繊維強化樹脂製管状体を、充分に簡易な設備の付加
で、低コストで製造することができる。特に、請求項２
記載の発明によれば、被硬化体を充分一様に予備加熱で
き、上記本発明の効果を保有させつつ製造の能率化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造される繊維強化樹脂製管状体
の一例を示す断面図である。

【図２】本発明を示す説明図であり、図２の（イ）は本
発明において使用するマンドレルアセンブリを、図２の
（ロ）は本発明において使用するフィラメントワインデ
ィング装置を、図２の（ハ）は硬化炉内に被硬化体を収
容した状態をそれぞれ示している。

【図３】本発明により製造される繊維強化樹脂製管状体
の別例を示す断面図である。

【図４】請求項２記載の発明の要部を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

３１ 中空マンドレル ｍ 硬化性樹脂含浸繊維材 Ｍ 硬化性樹脂含浸繊維材マンドレル ５１ ヒ−タ ５２ ヒ−タ付きブロワ ５３ 硬化炉 ５４ 吐出口 ５５ 可撓管 ６１ 熱風発生器 ６２ 遠赤外線ランプ

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 23:00 31:24

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬化性樹脂含浸繊維材を中空マンドレルに
   巻回し、この繊維材巻回マンドレルを、ヒ−タ付きブロ
   ワを内部に設けた硬化炉内に収容し、そのブロワの吐出
   口と中空マンドレルの一端とを連通し、硬化炉内の加熱
   雰囲気により上記巻回体を外周側から加熱すると共に同
   硬化炉内の加熱雰囲気を上記ヒ−タ付きブロワにより更
   に加熱しつつ中空マンドレル内に送って同巻回体を内周
   側からも加熱して同巻回体を硬化させることを特徴とす
   る繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、硬化性樹脂含浸繊維材
   を遠赤外線または熱風により加熱しつつ中空マンドレル
   に巻回する繊維強化樹脂製管状体の製造方法。