JPH0872157A - 繊維強化熱可塑性樹脂パイプの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 熱可塑性樹脂プリプレグをマンドレルにワイ
ンディングしてパイプを製造する方法において、その生
産性を向上させることを目的とする。 ［構成］ 熱可塑性樹脂プリプレグ４１をローリングプ
レートを構成する上板１１と下板１２との間に配された
誘導体３２によってマンドレル３１に巻付けて成形する
方法において、プリプレグ４１を加熱手段を備える下板
１２側で誘導体３２上に配して加熱・軟化させ、下板１
２を移動させることによってマンドレル３１に巻付ける
とともに、約半周巻付けたところで上板１１側の冷却手
段１９によって強制冷却し、さらに半周回転したところ
で再び下板１２側の加熱手段によって加熱することによ
って融着させ、所定の回数のワインディングを行なった
後に下板１２に設けられている第２の冷却手段３０によ
って最終的な強制冷却を行なうようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化熱可塑性樹脂パ
イプの製造方法および製造装置に係り、とくに熱可塑性
樹脂をマトリックスとする繊維強化熱可塑性樹脂プリプ
レグをマンドレルにワインディングして繊維強化熱可塑
性樹脂パイプを製造する方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱硬化性樹脂をマトリックスとした繊維
強化樹脂から成るパイプ形状物の中で、例えば釣竿やゴ
ルフシャフト等は数多くの工程を経て製造されている。
このような成形物はプリプレグをワインディングした後
に、その内側から加圧する内圧成形法や外側から加圧す
る外圧成形法のどちらかが適用されて成形されるのが一
般的である。

【０００３】内圧成形法においては、例えば脱芯後に熱
膨張体あるいは袋状物を挿入する工程、金型にセットア
ップして加熱・加圧する工程、および冷却後に脱型する
工程をそれぞれ必要とする。これに対して外圧成形法に
おいては、例えば収縮テープをラッピングする工程、加
熱・加圧する工程、および冷却後にラッピングしたテー
プを除去する工程、芯金を脱芯する工程が必要になる。

【０００４】これに対して上記の繊維強化プラスチック
に比べて短時間成形が期待され、靭性、耐衝撃性、振動
減衰性等の特性に優れ、しかも環境問題に関連してリサ
イクルの面でも注目されている材料として、熱可塑性樹
脂をマトリックスとした繊維強化プラスチックから成る
パイプ形状物が提案されている。このようなパイプ形状
物は例えば国際公開番号ＷＯ９０−０９２７公報に開示
されている方法や、あるいは特開平５−６４９２号公報
に開示されているような方法で製造されるようになって
いる。

【０００５】国際公開番号ＷＯ９０−０９２７号公報に
記載の製造方法は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）の熱膨張を利用した内圧成形法を適用した製造方
法に関するものである。この方法において熱可塑性樹脂
プリプレグを巻付ける工程を手作業に依存しているため
に、作業性が悪く生産性を低下させていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような低い生産性
を改善することを目的として、例えば特開平５−６４２
９号公報に記載の方法は、シート状に成形されたプリプ
レグのマトリックス樹脂と同種の樹脂を溶融状態にして
接着剤として応用し、熱可塑性樹脂プリプレグの巻付け
作業を改善するようにしている。

【０００７】しかしながら上記のいずれの製造方法にお
いても、従来の繊維強化プラスチックパイプの製造に適
用されている製造工程をそのまま繊維強化熱可塑性樹脂
パイプの製造工程に適用しているに過ぎない。このよう
な製造工程においては、図８に示すように、数多くの工
程を必要としている。

【０００８】この工程はその前半部分が筒状中間体を製
造する工程であって、シート状のプリプレグをマンドレ
ル等に巻付けて筒状中間体を製造する工程から構成され
る。これに対してその後半部分がパイプの成形工程から
構成され、内圧成形あるいは外圧成形によってパイプ状
の形状に成形される。

【０００９】このような方法によれば、上述の如く数多
くの工程を必要とし、これによって工程に要する時間が
長くなるとともに、その生産性が低いという欠点を内蔵
している。

【００１０】

【発明の目的】本発明はこのような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、とくにマトリックス樹脂が熱可塑性
樹脂から成る繊維強化熱可塑性樹脂パイプの好ましい製
造方法およびその装置を提供することを目的とするもの
であり、とくにマンドレルに熱可塑性樹脂プリプレグを
ワインディングすると同時に成形を完了させることによ
って、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの生産性を向上さ
せ、その量産を可能とするようにした方法および装置を
提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、予めシート状
に作製された熱可塑性樹脂プリプレグを巻いて成形する
シートワインディング法に係り、とくに従来予めシート
状に作製された熱硬化性樹脂をマトリックスとしたプリ
プレグのシートワインディング法に適用されているロー
リングプレート方式に類似するものである。

【００１２】本発明において、熱可塑性樹脂プリプレグ
はマンドレルとローリングプレートを構成する上板・下
板間に導入された柔軟なフィルム状またはシート状の誘
導体の間に介在され、加熱条件下において上記プリプレ
グを溶融・軟化させてこのプリプレグにドレープ性を生
じさせ、加圧しながら上板と下板の内のいずれかを移動
させるときに、導入された誘導体が熱可塑性樹脂プリプ
レグを外側からマンドレルに対して押え付けるために、
接着剤や初期賦型を必要とせずに、巻始め部分において
もスムーズにマンドレルに密着させながら巻付けること
ができるという特徴を有している。

【００１３】このようなワインディングの際に、ローリ
ングプレートの上板と下板の内の一方を強制冷却手段に
よって強制的に冷却しておくことによって、誘導体の上
に置かれて溶融・軟化しているプリプレグがマンドレル
に約半周巻付けられたところで瞬間的に冷却・固化さ
れ、これによってマンドレルの形状に添って賦型され
る。

【００１４】このような工程によってパイプの第１層が
形成される。そしてこの後に半周に相当する角度だけマ
ンドレルが転動されると、マンドレルの形状にならうよ
うに賦型されたプリプレグが再び加熱され、溶融・軟化
して新たなプリプレグと接触して密着することで層間の
融着がなされる。このような動作を繰返しながら、熱可
塑性樹脂プリプレグを必要とする回数マンドレルにワイ
ンディングして成形される。

【００１５】そして所定の回数のワインディングが行な
われた後に、上板と下板の内の加熱側の板に設けられて
いる第２の強制手段によって形成される冷却ゾーンにマ
ンドレルにワインディングされたプリプレグを送込むこ
とによって、ワインディングの最終工程でプリプレグが
冷却固化されるとともに、パイプの形状が付与されるよ
うになり、これによって繊維強化熱可塑性樹脂パイプが
極めて短時間で製造される。

【００１６】本発明の方法に用いられる強化材として
は、炭素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭
化珪素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等であってよ
く、とくに限定されるものはない。強化材の形態におい
ても一方向材、織物、マット等が用いられてよい。また
一方向材や織物の場合においては、繊維巻付け角度につ
いてもとくに限定されない。

【００１７】上記のような強化材によって補強されるマ
トリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂全般が適用可能
であり、とくに限定されない。例示すれば、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリ
エーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポ
リエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイ
ミド、ポリアリレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポ
リアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエ
チレン、ポリプロピレン等である。

【００１８】また本発明において使用されるプリプレグ
は、熱可塑性樹脂ができるだけ空隙を残さずに繊維間を
埋めつくしてマトリックス層を形成しているものであれ
ばよく、例えば特公平４−１２８４９号公報に開示され
ているような方法で作製された、高含浸性のものを用い
るのが重要である。このようなプリプレグを使用するこ
とで、強化材に樹脂を含浸させるような条件を与えなく
ても、プリプレグ層間を密着させ、融着することのみで
ボイドレスのパイプを得ることができるからである。ま
たプリプレグ層間の融着のみで製品が得られるために、
生産性が向上する利点がある。

【００１９】熱可塑性樹脂プリプレグの形態は、とくに
限定されないが、マンドレルに巻付けようとしている熱
可塑性樹脂プリプレグを厚さ方向に巻いて短時間で十分
に加熱冷却するには、好ましくは厚さが１ｍｍ以下であ
ってよい。またプリプレグの取扱い性を重視する場合に
は、作製しようとしているパイプの軸方向について、１
００〜１８０ｍｍの寸法であって、巻取り方向について
は、１０〜６００ｍｍ程度の寸法のものが好ましい。肉
厚のパイプは、数回に分けて巻くことで製造される。

【００２０】本発明の方法で熱可塑性樹脂プリプレグの
シートをマンドレルに巻付けるために用いられる柔軟な
フィルム状またはシート状の誘導体は、マンドレルに密
着できるようなドレープ性を有し、ワインドしようとし
ている熱可塑性樹脂プリプレグのマトリックス樹脂の流
動点または融点以上の耐熱性を有していることを要す
る。また離型性に優れていることが好ましい。この点に
おいて例えばフッソ樹脂フィルムあるいはガラスクロス
のような耐熱繊維の織物に、フッソ樹脂のような離型性
の高い樹脂をコーティングしたシート、離型処理を施し
たポリイミドフィルム、ステンレス箔フィルム等が用い
られてよく、とくに限定されない。

【００２１】ワインディング動作の際に、誘導体には好
ましくはテンションが付加され、これによってマンドレ
ルと密着するとともに、誘導体が弛むのが防止される。

【００２２】加熱条件は、使用したマトリックス樹脂に
よって定まるが、その下限はヒータから成る加熱手段の
設定を、使用したマトリックス樹脂の溶融温度あるいは
流動温度を超える温度とし、上限はマトリックス樹脂が
熱分解しない温度であればとくに限定されない。加熱方
法はとくに限定されないが、オイルヒータ、スチーム、
電熱、超音波、誘電加熱等よって加熱すればよい。また
加熱は熱可塑性樹脂プリプレグ全体を加熱してもよい
し、マンドレルに巻上げられる部分のみを加熱してもよ
い。

【００２３】マンドレルに巻付けられた熱可塑性樹脂プ
リプレグのシートを強制冷却する場合には、冷却される
上板または下板に冷却装置を接続して行なうか、あるい
は上板または下板に水、圧空、オイル等の媒体を直接循
環させて行なえばよい。冷却された板の温度は、マトリ
ックス樹脂のガラス転移温度未満であればとくに限定さ
れない。

【００２４】マンドレルに対するプリプレグのワインデ
ィングの際の巻取り速度は、加熱条件が一定であれば冷
却温度を低くすることによって向上でき、冷却温度に応
じてその速度が調整可能である。生産性や巻易さの点か
ら、好ましくは巻取り速度が１０ｍ／ｍｉｎ程度の値に
なるような冷却条件を設定するのが好ましい。

【００２５】巻取り速度を一定としたときに、成形物内
のボイド率と温度−圧力の関係が図２に示される。マト
リックス樹脂によって条件が異なるが、図２から明らか
なように、温度条件が下限がマトリックス樹脂の溶融温
度あるいは流動温度を超える温度であって、上限が熱分
解温度未満の温度に好ましい条件が存在する。巻取り速
度が一定であれば、温度と圧力を調整することによって
図３に示すように、ボイドを排除できる条件が定められ
る。

【００２６】熱可塑性樹脂プリプレグに作用させる圧力
については、マンドレルと熱可塑性樹脂プリプレグおよ
びこのプリプレグの層間を密着させ、かつマンドレルが
スムーズに転動できる程度かければよい。マンドレルと
熱可塑性樹脂プリプレグの密着度およびこのプリプレグ
層間の密着度を得、かつ円滑に熱可塑性樹脂プリプレグ
を巻取るには、１センチ当りの荷重で表わした線圧にし
て、０．５〜１０ｋｇ／ｃｍ程度の荷重をかけるのが好
ましい。

【００２７】ワインディングのために用いられるマンド
レルは中実体であってもよく、中空体であってもよい。
またこのマンドレルの材質は本発明の方法で加えられる
荷重および加熱条件に耐えられるものであればとくに限
定されない。またその断面方向の寸法、とくに直径は作
製しようとする繊維強化熱可塑性樹脂パイプの形状によ
って、任意に定まるものであってとくに限定されない。
作製した繊維強化熱可塑性樹脂パイプの離型性を向上す
るために、マンドレルは離型処理を施したものかあるい
は離型性に優れるものが好ましい。

【００２８】最終的に繊維強化熱可塑性樹脂パイプを得
るために、好ましくはマトリックス樹脂のガラス転移温
度未満まで、より好ましくは熱変形温度（ＡＳＴＭ−Ｄ
６４８ １８．６ｋｇ／ｃｍ² に準拠）未満になるよう
に、所定の回数のワインディングが行なわれた後に最終
的な強制冷却が行なわれるように、加熱手段を有する板
に冷却ゾーンを設ける必要がある。

【００２９】例えば図４に示すように、加熱手段を有す
る下側の板１２に冷却ゾーン２９を設け、ワインディン
グ動作の中でプリプレグ層間を融着した後にこの冷却ゾ
ーン２９にマンドレル３１に巻付けられたパイプを送込
むことによって、冷却を速やかに行なうことができる。
このような方法を適用することで、パイプ製造工程中
の、ワインディング、プリプレグ層間の融着、冷却・製
品取出し工程を一連の動作として、１つの装置の中で行
なうことが可能になる。

【００３０】このような方法の実施のために用いられる
製造装置は互いに対向するように配される上板および下
板を備え、これらの板の長さ方向に延びるように断面が
ほぼ円形のマンドレルが配される。そして上記一対の板
に両端が止着された状態で断面がＵ字状に屈曲されてマ
ンドレルに約半周巻付けられるように柔軟なフィルム状
またはシート状の誘導体が取付けられる。

【００３１】上板と下板の内の一方の他方が一方に対し
て幅方向に移動されたときに、誘導体がマンドレルに巻
込まれる方の上板または下板に加熱手段が設けられ、こ
の加熱手段によってマンドレルに巻付けられたプリプレ
グが溶融・軟化される。

【００３２】また上板と下板の内の他方が一方に対して
移動されるときに誘導体がマンドレルから繰出される上
板または下板に設けられている第１の冷却手段によって
ほぼ１／２回のワインディング毎にワインディングされ
たプリプレグが冷却・固化される。さらにワインディン
グ完了時にマンドレルに巻付けられたプリプレグが接触
するように加熱手段を有する上板または下板に設けられ
ている第２の強制冷却手段によって最終的な冷却が行な
われるようになっている。

【００３３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、誘導体上で加熱
されることによって溶融・軟化してドレープ性を付与さ
れた熱可塑性樹脂プリプレグは、導入された誘導体が巻
始め部分においても外側から押え付けるように作用する
ために、接着剤や初期賦型等の操作を必要とせず、この
ためにスムーズにマンドレルに密着しながら巻付けられ
る。

【００３４】このようなマンドレルへのワインディング
の際に、誘導体の一端を止着している一方の板を加熱手
段で加熱するとともに、他方の板を第１の冷却手段で積
極的に冷却することによって、誘導体上に配され、溶融
・軟化している熱可塑性樹脂プリプレグがマンドレルに
巻付けられながら固化される。

【００３５】このような動作を繰返しながら、熱可塑性
樹脂プリプレグをマンドレルに巻付けることができ、ワ
インディングの一連の動作の中で、加熱されているプレ
ート側に設けられている第２の冷却手段、すなわち冷却
ゾーンに送込むことによって、最終的な冷却が行なわ
れ、繊維強化熱可塑性樹脂パイプが製作される。

【００３６】このようにプリプレグ間を融着することに
よってボードレスのパイプが得られるようになり、パイ
プの製造工程の中のワインディング、プリプレグ層間融
着、冷却・製品取出しの工程を一連の動作として、１つ
の装置の中で円滑に行なうことができる。これによって
繊維強化熱可塑性樹脂パイプの生産性の向上が図られる
ことになる。

【００３７】

【実施例】

【実施例１】熱可塑性樹脂プリプレグとして、ベスファ
イト／ポリアミド１２一方向プリプレグ（東邦レーヨン
株式会社製）を用いた。炭素繊維の目付けが１６４ｇ／
ｍ²であって、樹脂含有率（以下ＲＣとし、重量％で表
わす。）が３３％のものであり、厚さが０．２５ｍｍの
ものが用いられた。プリプレグの形状は図６に示すよう
に、その巻取り方向の寸法が１４０ｍｍであって、軸方
向の寸法が７００ｍｍの長方形の形状をなし、しかも繊
維が軸方向に対して＋４５°／−４５°ものを用いてい
る。

【００３８】製造装置は図４に示すように上板１１と下
板１２とから成り、これらの板の端部に両端が止着され
た誘導体３２がＵ字状に屈曲されるとともに、この誘導
体３２によってマンドレル３１が挟着されるように配さ
れる構造をなしており、ここでは上板１１が固定される
とともに、下板１２が上板１１に対して右方に移動しな
がらマンドレル３１上にプリプレグ４１を巻付けるよう
になっている。

【００３９】この装置に用いられるマンドレル３１はそ
の外径が１４ｍｍであって長さが１００ｍｍのストレー
トな形状をなし、表面に離型処理を施したスチール製の
マンドレルである。

【００４０】またこのマンドレル３１に対してプリプレ
グ４１を巻付けるための誘導体３２として、ガラスクロ
スに四フッ化エチレン樹脂をコーティングしたシートが
用いられている。

【００４１】図６に示すように複数枚のシートを貼合わ
せた熱可塑性樹脂プリプレグ４１は図４−Ａに示すよう
に、下板１２の上において誘導体３２上に配される。そ
して固定されている上板１１に対して下板１２を上昇さ
せ、線圧で３ｋｇ／ｃｍの圧力を加えながら下板１２を
その幅方向に１０ｍｍ／ｍｉｎで移動させる。すると誘
導体３２がマンドレル３１に密着した状態で移動プレー
ト１２に追従しながらマンドレル３１上を転動する。

【００４２】このときに熱可塑性プリプレグ４１は下板
１２の加熱手段によって誘導体３２上で２５０℃に加熱
される。従って溶融・軟化してドレープ性を生じた熱可
塑性樹脂プリプレグ４１は、マンドレル３１と誘導体３
２との間に介在され、マンドレル３１の外周面に密着さ
れながら巻付けられた。

【００４３】このときに熱可塑性樹脂プリプレグ４１は
半周ワインディングされたところで、マンドレル３１の
上方において、冷却用配管１９内を冷却する冷却水によ
って冷却され、１５℃になっている上板１１に接触する
ことによって、瞬間的に１５０℃まで冷却され、マンド
レル３１の形状に添って賦型される。

【００４４】この後さらに半周転動されると、下板１２
内の加熱手段によって加熱され、溶融・軟化している熱
可塑性樹脂プリプレグ４１に密着し、これによってワイ
ンディングされたプリプレグ４１と下側のプリプレグ４
１とが溶着される。

【００４５】このようにマンドレル３１は熱可塑性樹脂
プリプレグ４１を巻付けながら３回転した後に、冷却水
がその中を循環する冷却用配管３０を有し、１５℃にな
っている下板１２側に設けられている冷却ゾーン２９に
送込まれ、強制的に４０℃まで冷却された。このように
して内径が１４ｍｍであって、肉厚が１ｍｍ、長さが７
００ｍｍで、繊維体積含有率が５５％の繊維強化熱可塑
性樹脂パイプが得られた。このような繊維強化熱可塑性
樹脂パイプを得るまでの所要時間は、材料をセットして
から約１分であった。

【００４６】このようにして得られた繊維強化熱可塑性
樹脂パイプは繊維の乱れがなく、良好な外観を有してい
た。また顕微鏡観察の結果、内部にボイドが存在せず、
良好なパイプを得ることができた。さらに曲げ強度（Ｊ
ＩＳ Ｋ６９１１−１９７９に準拠して測定）において
も、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を加熱・
膨張する内圧成形法で得たパイプとほぼ同等の強度を示
した。

【００４７】

【実施例２】熱可塑性樹脂プリプレグとして、ベスファ
イト／ポリカーボネート一方向プリプレグ（東邦レーヨ
ン株式会社製）を用いた。炭素繊維の目付けが１５６ｇ
／ｍ² であって樹脂含有率が４０％のものであり、厚さ
が０．２５ｍｍのものを用いた。

【００４８】プリプレグの形状は図６に示すように、巻
取り方向に１４０ｍｍであって、軸方向に７００ｍｍの
長方形であって、繊維が軸方向に対して＋４５°／−４
５°それぞれ傾斜したものを用いた。

【００４９】またこのときのマンドレル３１として、外
径が１４ｍｍであって、長さが１００ｍｍのストレート
な形状のものが用いられた。このようなマンドレルはそ
の表面に離型処理を施したスチール製のものである。

【００５０】このようなマンドレル３１を用いた図４に
示す装置において、誘導体３２として、ガラスクロスに
四フッ化エチレン樹脂をコーティングしたシートを使用
した。

【００５１】図４に示すように、複数枚のシートを貼合
わせた熱可塑性樹脂プリプレグ４１は下板１２上におい
て誘導体３２の上に配された。そして上板１１に対して
下板１２を上昇させ、このような状態において圧力を線
圧で３ｋｇ／ｃｍ² 加えながら下板１２をその幅方向に
１０ｍｍ／ｍｉｎで移動させた。すると誘導体３２がマ
ンドレル３１に密着した状態で、移動プレート１２に追
従しながらマンドレル３１が転動した。このときに熱可
塑性樹脂プリプレグ４１は加熱プレート１２によって誘
導体３２上で２６０℃に加熱されている。このために溶
融・軟化してドレープ性を生じている熱可塑性樹脂プリ
プレグ４１は、マンドレル３１と誘導体３２との間に介
在され、マンドレル３１の外周面に密着されながら巻付
けられた。

【００５２】このときに熱可塑樹脂プリプレグ４１は約
半周転動したところで、マンドレル３１の上方におい
て、冷却用配管１９内を循環する冷却水によって冷却さ
れて１５℃になっている上板１１に接触することによっ
て、瞬間的に２００℃まで冷却され、マンドレル３１の
形状に添って賦型された。

【００５３】この後さらに半周ワインディングされると
下板１２によって再び加熱され、溶融・軟化している熱
可塑性樹脂プリプレグ４１に密着し、プリプレグ同士が
融着された。このようにマンドレル３１は熱可塑性樹脂
プリプレグ４１を巻付けながら所要の回数、例えば３回
転した後に、冷却水によって１５℃になっている下板１
２に設けられている冷却ゾーン２９に移動され、ここで
強制的に９０℃まで冷却された。

【００５４】このようにして内径が１４ｍｍであって、
肉厚が１ｍｍで、長さが７００ｍｍで、繊維体積含有率
が５０％の繊維強化熱可塑性樹脂パイプが得られた。上
記繊維強化熱可塑性樹脂パイプを得るまでの所要時間
は、材料をセットしてから約１分である。

【００５５】得られた繊維強化熱可塑性樹脂パイプは繊
維の乱れがなく、良好な外観を有していた。また顕微鏡
観察の結果、内部にはボイドが存在せず、良好なパイプ
を得ることができた。さらに曲げ強度（ＪＩＳ Ｋ６９
１１−１９７９に準拠して測定）においても、表１に示
すように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を
加熱・膨張する内圧成形法で得られたパイプと比べ、ほ
ぼ同等の強度を示すことが判明した。

【００５６】

【比較例１】熱可塑性樹脂プリプレグとして、ベスファ
イト／ポリアミド１２一方向プリプレグ（東邦レーヨン
株式会社製）を用いた。炭素繊維目付けが１６４ｇ／ｍ
² であって樹脂含有率（ＲＣ）が４１％のものであり、
厚さが０．２５ｍｍのものを用いた。

【００５７】プリプレグの形状は図６に示すものと同じ
く、巻取り方向に１４０ｍｍであって、軸方向に７００
ｍｍの長方形の形状をなし、繊維が軸方向に対して＋４
５°／−４５°のものを用いた。

【００５８】マンドレル３１は外径が１４ｍｍで、長さ
が１００ｍｍのストレートな形状をなし、離型処理を施
したスチール製のものが用いられた。

【００５９】上下の板１１、１２の間に配され、マンド
レル３１に対してプリプレグ４１を巻付ける誘導体３２
として、ガラスクロスに四フッ化エチレン樹脂をコーテ
ィングしたシートが使用された。

【００６０】シートを積層した長方形の形状をなす熱可
塑性樹脂プリプレグ４１は下板１２側において誘導体３
２上に配置され、そして下板１２に対して上板１１を下
降した。

【００６１】このような状態で、圧力を線圧で４ｋｇ／
ｃｍ加えながら下板１２をその幅方向に１０ｍ／ｍｉｎ
で移動させた。すると誘導体３２がマンドレル３１に密
着した状態で、移動プレート１２に追従しながらマンド
レル３１を転動させる。このときに熱可塑性樹脂プリプ
レグ４１は加熱プレート１２によって誘導体３２上で１
８０℃に加熱される。このために加熱・軟化してドレー
プ性を生じている熱可塑性樹脂プリプレグは、マンドレ
ル３１と誘導体３２との間に介在され、マンドレル３１
の外周面に密着させながら冷却することなく巻付けられ
る。

【００６２】放冷後に脱芯したパイプ成形用中間体にポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の丸棒を挿入し
た後に金型にセットアップし、Ｎ₂ 雰囲気中で３００℃
に加熱し、ポリテトラフルオロエチレンを膨張させる内
圧成形法によって成形を行ない、内径が１４ｍｍで、肉
厚が１ｍｍで、長さが７００ｍｍのパイプを得た。なお
このパイプの繊維体積含有率は５５％であった。このよ
うな繊維強化熱可塑性樹脂パイプを製造するのに要した
所要時間は約１２０分であった。

【００６３】

【比較例２】熱可塑性樹脂プリプレグとして、ベスファ
イト／ポリカーボネート一方向プリプレグ（東邦レーヨ
ン株式会社製）を用いた。炭素繊維の目付けが１５６ｇ
／ｍ² であって樹脂含有率が４５％のものであり、厚さ
が０．２５ｍｍのものが用いられた。

【００６４】プリプレグの形状は図６に示すように、巻
取り方向に１４０ｍｍであって、軸方向に７００ｍｍの
長方形をなし、繊維が軸方向に対して＋４５°／−４５
°のものが用いられた。

【００６５】マンドレル３１はその外径が１４ｍｍで、
長さが１０００ｍｍのストレート形状であり、離型処理
を施したスチール製のものが用いられた。またこのマン
ドレル３１に巻付けられる誘導体３２として、ガラスク
ロスに四フッ化エチレン樹脂をコーティングしたシート
が用いられた。

【００６６】図６に示すように貼合わせた熱可塑性樹脂
プリプレグはローリングプレートの下板１２側において
誘導体３２上に配された。そしてローリングプレートの
上板１１を下降した。

【００６７】このような状態で線圧で４ｋｇ／ｃｍの線
圧を加えながら下板１２をその幅方向に移動させ、１０
ｍ／ｍｉｎで移動させた。すると誘導体３２がマンドレ
ル３１に密着した状態で移動プレート１２に追従しなが
らマンドレル３１を転動させた。このときに熱可塑性樹
脂プリプレグ４１は加熱プレート１２によって誘導体３
２上で２２０℃に加熱された。このために加熱・軟化し
てドレープ性を生じている熱可塑性樹脂プリプレグ４１
は、マンドレル３１と誘導体３２との間に介在され、マ
ンドレル３１の外周面に密着させながら冷却しないで巻
付けられた。

【００６８】放冷後に脱芯して得られたパイプ成形用中
間体にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の丸棒
を挿入した後に金型にセットアップし、Ｎ₂ 雰囲気中で
３２０℃に加熱し、ポリテトラフルオロエチレンを膨張
させる内圧成形を行ない、内径が１４ｍｍであって、厚
さが１ｍｍで、長さが７００ｍｍであって、しかも繊維
体積含有率が５０％の繊維強化熱可塑性樹脂パイプを得
た。このパイプを製造するまでの所要時間は１２０分で
あった。

【００６９】

【実施例３】熱可塑性樹脂プリプレグとして、ベスファ
イト／ポリカーボネート一方向プリプレグ（東邦レーヨ
ン株式会社製）が用いられた。このプリプレグは炭素繊
維の目付けが１５６ｇ／ｍであって、樹脂含有率が４１
％で、厚さが０．２５ｍｍのものである。

【００７０】プリプレグ４１の形状は図７に示すような
台形状をなし、上底ａが６２ｍｍで下底ｃが１１０ｍｍ
で、高さｂが７００ｍｍであって、繊維が軸方向に対し
て＋４５°／−４５°のものを用いた。

【００７１】また図５に示す装置のマンドレル３１はそ
の小径部の直径が４．５ｍｍで、大径部の直径が１２．
５ｍｍであり、長さが１０００ｍｍのストレートテーパ
付きのマンドレルを用いた。このマンドレル３１はスチ
ール製であって、その表面に離型処理が施されたものを
用いた。またこのマンドレル３１の外側に巻付けられる
誘導体３２として、ガラスクロスに四フッ化エチレン樹
脂をコーティングしたシートが使用された。

【００７２】図５に示す装置はテーパ状のパイプを成形
する装置であって、上板１１と下板１２とを備え、上板
１１の上面に支持板１３が取付けられるとともに、この
支持板１３の突部１４に設けられているピン孔を挿通す
るピン１６によって、旋回軸１７の下端に設けられてい
る基端部１８に旋回可能に支持されるようになってい
る。なお上板１１にはその内部を冷却水を循環させる冷
却用配管１９が設けられている。

【００７３】これに対して下板１２はその内部に加熱手
段２３を備えるとともに、案内レール２５によってＹ軸
方向に移動可能になっている。案内レール２５はベース
２６上に設けられ、しかもベース２６が案内レール２８
によってＸ軸方向に移動可能に支持されている。しかも
この下板１２には、その幅方向の端部に冷却用配管３０
を備えた冷却ゾーン２９が設けられている。この冷却ゾ
ーン２９が第２の冷却手段を構成している。

【００７４】図７に示すように貼合わされた熱可塑性樹
脂プリプレグ４１は図５に示す装置の下板１２側におい
て誘導体３２上に配された。そしてローリングプレート
上板１１を下降させた。このときに上板１１は支点ピン
１６をを中心として傾斜し、マンドレル３１のテーパに
添うように傾き、これによってマンドレル３１の外周面
の長さ方向にわたって同じ圧力がかかるようにされた。
このような状態で、線圧で３ｋｇ／ｃｍの圧力が加えら
れた。

【００７５】このような状態において下板１２はベース
２６とともに案内レール２８に添ってＸ軸方向、すなわ
ち下板１２の幅方向に移動された。しかもこのときに下
板１２は案内レール２５によってベース２６に対して若
干ではあるがＹ軸方向に移動され、これによってマンド
レル３１の展開した外周面の扇形の形状の軌跡を達成
し、誘導体３２が密着した状態でマンドレル３１が円滑
に転動された。

【００７６】このときに熱可塑性樹脂プリプレグ４１は
下板１２の内部に内蔵されている加熱手段２３によって
誘導体３２上で２６０℃に加熱された。従って溶融・軟
化してドレープ性を生じた熱可塑性樹脂プリプレグ４１
は、マンドレル３１と誘導体３２との間に介在され、マ
ンドレル３１の外周面に密着させながら巻付けられた。

【００７７】そして熱可塑性樹脂プリプレグ４１はマン
ドレル３１の上方において、冷却用配管１９内を循環す
る冷却水によって強制的に冷却され、１５℃になってい
るローリングプレート上板１１に接触するために、マン
ドレル３１に巻付けられて半周ワインディングされたと
ころで固化されることになる。

【００７８】マンドレル３１は熱可塑性樹脂プリプレグ
４１を巻付けながら３回転した後に、冷却用配管３０内
を循環する冷却水によって１５℃になっている下板１２
側に設けられている冷却ゾーン２９側に送込まれ、ここ
で強制的に冷却された。

【００７９】このようにして小さい方の内径が４．５ｍ
ｍであって、大きい方の内径が１２．５ｍｍで、肉厚が
１ｍｍで、しかも長さが７００ｍｍで、繊維体積含有率
が５０％のテーパ管が得られた。

【００８０】このようなテーパ管を得るまでの所要時間
は、材料をセットしてから約１分であった。得られたテ
ーパ管は繊維の乱れがなく、良好な外観を有していた。
また顕微鏡観察の結果、内部にボイドが存在せず、良好
なパイプを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維強化熱可塑性樹脂パイプを製造する工程を
示すフローチャートである。

【図２】ボイド率と温度−圧力条件の関係を示す斜視図
である。

【図３】ボイド率と温度−圧力条件の関係を示す斜視図
である。

【図４】ストレートパイプを製造する装置による製造方
法を示す断面図である。

【図５】テーパ状のパイプを製造する装置の斜視図であ
る。

【図６】ストレートパイプ用プリプレグの貼合わせ工程
を示す平面図である。

【図７】テーパ状パイプを製造するためのプリプレグの
貼合わせ工程を示す平面図である。

【図８】従来の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの製造プロ
セスを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 上板 １２ 下板 １３ 支持板 １４ 突部 １５ ピン孔 １６ ピン １７ 旋回軸 １８ 基端部 １９ 冷却用配管 ２３ ヒータ（第１の加熱手段） ２５ 案内レール ２６ ベース ２３ 案内レール ２９ 冷却ゾーン（第２の冷却手段） ３０ 冷却用配管 ３１ マンドレル ３２ 誘導体 ４１ 熱可塑性樹脂プリプレグ

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２９Ｌ 23:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂プリプレグをマンドレルにワ
   インディングして繊維強化熱可塑性樹脂パイプを製造す
   る方法において、 柔軟なフィルム状またはシート状の誘導体上で前記プリ
   プレグをそのマトリックス樹脂の溶融温度あるいは流動
   温度を超える温度であって熱分解温度未満の温度で加熱
   し、 前記プリプレグが前記マンドレルと前記誘導体との間に
   加圧された状態で介在されるように前記誘導体をＵ字状
   に屈曲させて前記マンドレルに巻付け、 前記誘導体の一端側が前記マンドレルに巻込まれるとと
   もに他端側が前記マンドレルから繰出されるように前記
   誘導体を移動させかつその上で前記マンドレルを転動さ
   せて前記プリプレグを前記マンドレルにワインディング
   し、 しかもワインディング中またはワインディングの完了時
   に前記プリプレグをそのマトリックス樹脂の融点または
   流動点以下の温度に強制的に冷却する、 ようにしたことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂パイ
   プの製造方法。
2. 【請求項２】ほぼ１／２回のワインディング毎に加熱と
   強制冷却とが繰返されるとともに、所定の回数のワイン
   ディングが行なわれた後に最終的な強制冷却が行なわれ
   るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の繊維強
   化熱可塑性樹脂パイプの製造方法。
3. 【請求項３】互いに対向するように配され、ローリング
   プレートを構成する上板および下板と、 前記上板および下板の間においてそれらの長さ方向に延
   びるように配される断面がほぼ円形のマンドレルと、 前記上板および下板に両端が止着された状態で断面がＵ
   字状に屈曲されて前記マンドレルに約半周巻付けられる
   柔軟なフィルム状またはシート状の誘導体と、 前記上板と下板の内の他方が一方に対して幅方向に移動
   されたときに前記誘導体が前記マンドレルに巻込まれる
   方の上板または下板に設けられている加熱手段と、 前記上板と下板の内の他方が一方に対して移動されると
   きに前記誘導体が前記マンドレルから繰出される上板ま
   たは下板に設けられている第１の強制冷却手段と、 ワインディングの完了時に前記マンドレルに巻付けられ
   たプリプレグが接触するように前記加熱手段を有する上
   板または下板に設けられている第２の強制冷却手段と、 をそれぞれ具備する繊維強化熱可塑性樹脂パイプの製造
   装置。