JPH04136586A - 繊維強化プラスチック管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石油ガス用などの用途に供することができる
繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという）管及びそ
の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

ＦＲＰ管は、耐蝕性を有するとともに軽量であり、かつ
強度が大きいため、その特性が利用され各種の用途に用
いられている。特に、樹脂を含浸させたロービングの巻
きつけによって製品を形成させるフィラメントワインデ
ィング法（以下、ＦＷ法という）を用いたＦＲＰ管は強
度が大きく、高強度が要求される用途に使用されている
。

そして、高い内圧が負荷されるＦＲＰ管においては、耐
圧力を向上させるために、内面に樹脂リッチなライナー
層が設けられていた。

また、雌ねじ部を有するＦＲＰ管においては、雌ねじ部
にもライナー層を設けることが必要であった。すなわち
、雌ねじ部にライナー層を設けないと、ライナー層と強
化層の境界部が内部流体にさらされ、この部分から内部
破壊が生じることとなる。したがって、直管部のみなら
ず雌ねじ部にも連続した状態でライナー層を設けること
が必要である。

従来、ライナー層を有するＦＲＰ管およびこのようなＦ
ＲＰ管を製造する方法としては、以下に示すような技術
があった。

（１）　Ｆ　ＲＰ管の強化層を製作後、内面をライニン
グする方法（特開昭５９−１８９９７６号公報等）。

（２）マンドレルに固体樹脂フィルムを巻きつけ、その
上に強化層をＦＷ法で積層する方法。

（３）マンドレルを、液体樹脂を含浸させた２種類のマ
ットで覆い、それを加熱硬化させた後強化層をＦＷ法で
積層する方法。

（４）マンドレルを、液体樹脂を含浸させたマット類で
覆い、それを加熱硬化せず直ちに強化層をＦＷ法で積層
し、その後加熱硬化させる方法。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の技術は、主として耐食性を目的とするも
のであり、内圧強度を高める目的に関しては、以下に示
すような問題があった。

（１）この方法によるＦＲＰ管は、ライナー層を取りつ
けることにより管の内径がライナー層の厚さ分だけ減少
してしまう、このため、雌ねじ部にライナー層を設ける
と、そのねじ寸法が変化してしまい、高い寸法精度の確
保が困難であるとともに、雄ねじ部と嵌合させた際の嵌
合強度が低下するおそれがあり、最悪の場合には雄ねじ
部との螺合が不能になる。

（２）この方法によるＦＲＰ管は、ライナー層となるフ
ィルム状シートを細かい形状に沿わせるのが困難である
ため、雌ねじ部のような細かい形状を持つ部位にライナ
ー層を設けることは不可能であり、耐蝕性に問題がある
とともに、高圧条件下での使用を前提としたバイブとし
ては、その使用に耐えないものであった。

（３）この方法によるＦＲＰ管は、本発明者らの研究に
より、二層構造のライナー層の層間で樹脂移動が起こり
易く、この結果、直管部では不具合は生じないものの、
ねじ部ではそのねじ山及び谷底部に樹脂欠乏層又は気泡
が生じることが判明した。

したがって、この樹脂欠乏層又は気泡を起点とする亀裂
又は漏れが生じ、高圧条件下での使用を前提としたバイ
ブとしては、その使用に耐えないものであった。

さらに、樹脂を加熱硬化する際、樹脂が滴下するという
問題もあった。

（４）この方法によるＦＲＰ管は、樹脂を含浸させたマ
ット類でライナー層を形成するが、このマット類の樹脂
が未硬化な状態でＦＷ法によりロービングの巻き付けを
行うので、このときのロービング張力により、マット類
すなわちライナー層２０は、第５図に示すように、マッ
ト類のロービング直下の部位２０ａとそれ以外の部位２
０ｂとが異なった厚さとなり、全体の厚さが不均一とな
ってしまう。

また、マット類のロービング直下の部位２０ａは、含浸
させた樹脂が押し出されるために、７７）類全体すなわ
ちライナー層２０全体の樹脂含有率が不均一なものとな
ってしまう０発明者の実験によれば、内径５０．８ｍｍ
Ｘ管厚８．　Ｏｗｍでライナー層を持たないバイブと、
このバイブと同寸法で、かつマット類に含浸させた樹脂
が未硬化な状態でＦＷ法によりロービングの巻き付けを
行い、平均厚が０．５閣のライナー層を形成させたバイ
ブとを、８０℃の熱水を用いて４５０気圧の内圧をかけ
た場合、それぞれが破壊に至るまでの時間は、前者では
８１５時間であるのに対して、後者では７８時間であっ
た。

この結果から明らかなように、この方法によるＦＲＰ管
は、ライナー層の存在自体がＦＲＰ管の内圧に対する強
度低下を引き起こしており、耐蝕性については問題ない
ものの、高圧条件下での使用を前提とするパイプとして
は、その使用に耐えないものであった。

本発明は、上述した課題を解決し、高圧条件下で高いシ
ール性、耐久性を維持できるＦＲＰ管及びその製造方法
を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の繊維強化プラスチック管は、少なくとも一端の
内面に雌ねじ部が形成され、かつ、厚さが均一でその厚
さが０．２〜２．０■であるライナー層と、該ライナー
層を覆うように積層され、熱硬化性樹脂を含浸させた強
化繊維からなる強化層とを有することを特徴として構成
されている。

また、本発明の繊維強化プラスチック管の製造方法は、
少なくとも一端の表面に雄ねじ部を有するマンドレルの
表面を、液体樹脂を含浸させた保持手段にて覆い、さら
に該保持手段の表面を被覆手段にて覆った状態でマンド
レルを加熱して保持手段の液体樹脂を硬化させ、少なく
とも一端の内面に雌ねじ部を有するライナー層を形成す
るライナー層形成工程と、熱硬化性樹脂を含浸させた強
化繊維をライナー層表面にフィラメントワインディング
法にて積層し、その後加熱硬化させて強化層を形成する
強化層形成工程と、強化層を形成させた後マンドレルの
みを取り外すマンドレル取り外し工程とからなることを
特徴として構成されている。

さらに、本発明の繊維強化プラスチック管の製造方法は
、雌ねじ部を形成させるための雄ねじ部を少なくとも一
端に有するマンドレルの表面を、固体樹脂粉末で覆い、
この状態でマンドレルを加熱して表面の固体樹脂粉末を
硬化させ、ライナー層を形成するライナー層形成工程と
、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をライナー層表面
にフィラメントワインディング法にて積層し、その後加
熱硬化させて強化層を形成する強化層形成工程と、強化
層を形成させた後マンドレルのみを取り外すマンドレル
取り外し工程とからなることを特徴として構成されてい
る。

ライナー層は、高圧に対処するべく一定の厚さを備えて
いなければならない０発明者の実験によれば、厚さが０
．２〜２．０ｍｓの範囲にあるとき内圧に対する強度は
最大となり、０．２−未満であると充分な強度が発現せ
ず、２．０　ａｍを越えると亀裂を生じ易くなり、強度
が低下する。

ライナー層は、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよく
、例えば、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等があり、熱可
塑性樹脂としてはポリアミド樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエス
テル系樹脂、ポリエーテル系樹脂等がある。

ライナー層を形成するには、液体樹脂を用いる方法と固
体樹脂粉末を用いる方法の２種類の方法がある。

液体樹脂を用いる方法において、保持手段は液体樹脂を
含浸し得易ものであればよく、例えば、サーフエシング
マット、チョツプドストランドマット、チョップされた
短繊維、テープ類、綿、麻、天然繊維及びそれらの織物
等がある。

被覆手段は、保持手段に含浸させた液体樹脂が加熱・硬
化中に滴下するのを防止して、ライナー層を形成したと
きの樹脂の欠乏を防止するためのものである。この被覆
手段としては、各種フィルム、各種テープ等を用いるこ
とができ、゛例えば、ポリエステル等の熱可塑性樹脂製
テープ、ガラス繊維製テープが好適に用いられる。

被覆手段は、強化層形成工程において、強化繊維をフィ
ラメントワインディング法にて積層する前に除去しても
よく、そのまま巻き込んでもよい。

例えば、ポリエステルのような熱可塑性樹脂製テープは
除去すればよいし、ガラス繊維製テープであればそのま
ま巻き込んでもよい。

固体樹脂粉末を用いる方法において、固体樹脂粉末の塗
装方法は、例えば、静電粉体塗装法等が用いられる。

強化層は、熱硬化製樹脂を含浸させた強化繊維からなっ
ている。この熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポ
リエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹
脂、フェノール樹脂等がある。また、強化繊維としては
ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維等がある。

強化層を形成するにはＦＷ法で行われ、このＦＷ法は、
樹脂と含浸した強化繊維をマンドレル上に巻きつけてい
き、その後マンドレルごと炉に装入して加熱硬化処理を
施す。

マンドレル取り外し工程において、マンドレルのみを取
り外して繊維強化プラスチック管が完成する。この場合
、例えば、ライナー層形成前にマンドレル表面に予め離
型剤を用いることにより、より迅速かつ確実にマンドレ
ルの取り外しが行なえる。

〔作用〕

本発明の繊維強化プラスチック管では、雌ねじ部を一体
に形成したライナー層により、管本体部分のみならず管
同士の接合部分においても高いシール性及び耐蝕性を確
保する。これにより、強化層は、管同士の接合部分にお
いても管内流体にさらされることがなく、長期間にわた
って主として管の強度を確保することができる。

本発明の繊維強化プラスチック管の製造方法では、ライ
ナー層形成工程において、液体樹脂を含浸させた保持手
段を被覆手段にて覆うことにより、加熱硬化中の樹脂の
滴下等によるライナー層の樹脂欠乏を防止し、かつ雌ね
じ部においても欠陥のないライナー層を形成する。

また、本発明の繊維強化プラスチック管の製造方法では
、ライナー層形成工程において、マンドレルの表面を固
体樹脂粉末で覆った状態でマンドレルを加熱して固体樹
脂粉末を硬化させることにより、雌ねじ部においても欠
陥のないライナー層を形成する。

〔実施例〕

本発明のＦＲＰ管及びその製造方法の実施例を、図面に
基づいて説明する。

第１図は本発明のＦＲＰ管の断面図、第２図（ａ）〜（
Ｃ）はその製造工程を示す図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は
他の製造工程を示す図、第４図はライナー層の厚さと４
５０気圧の内圧を負荷としてかけた時ときのＦＲＰ管の
寿命との関係を示す図である。

ＦＲＰ管１は、第１図に示すように、ライナー−層２と
、該ライナー層２を覆うように積層された強化Ｎ３とを
備えている。

ライナー層２は、熱硬化性樹脂をサーフェシングマット
に含浸させた状態で硬化させたもので、厚さが均一でそ
の厚さが０．２〜２．０艷の範囲内にあり、かつ、その
両端部内面に雌ねじ部４が形成されている。

強化層３は、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を、硬
化したライナー層表面にＦＷ法を用いて１１Ｎした後加
熱硬化させたものである。

そして、ＦＲＰ管１は、他のＦＲＰ管（図示せず）と連
結した際、雌ねじ部４がライナーＭ２に一体に形成され
ているので、直管部のみならず管同士の連結部分におい
ても高いシール性及び耐蝕性を確保するとともに、強化
層が管内流体にさらされるのを防止して管の強度を確保
する。

次に、このようなＦＲＰ管を製造する方法の一実施例を
第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、に沿って説明する。

（ライナー層形成工程） 第２図（ａ）に示すように、その両端に雌ねじ層形成の
ための雄ねじ部５．５を有するマンドレル６の表面を、
液体樹脂を含浸させた保持手段としてのサーフェシング
マット７にて覆う。次に、第２図（ｂ）に示すように、
サーフェシングマット７の表面を被覆手段としてのテー
プ８にて覆い、サーフェシングマット７に含浸させた液
体樹脂の滴下を防止しつつ加熱してサーフェシングマッ
ト７に含浸させた液体樹脂を硬化させ、厚さが均一で欠
陥のないライナー層２を形成する。

（強化層形成工程） 第２図（Ｃ）に示すように、熱硬化性樹脂を含浸させた
強化繊維９を、硬化したライナー層２表面にＦＷ法にて
積層し、その後加熱硬化させて強化層３を形成する。

（マンドレル取り外し工程） 強化層３を形成させた後、マンドレル６のみを取り外す
。

ＦＲＰ管を製造する方法の他の実施例を第３図（ａ）、
（ｂ）、（Ｃ）に沿って説明する。なお、強化層形成工
程及びマンドレル取り外し工程については、第２図のも
のと同様であり、説明を省略する。

（ライナー層形成工程） 第３図（ｂ）に示すように、その両端に雌ねじ層形成の
ための雄ねじ部５．５を有するマンドレル６の表面を、
静電粉体塗装により固体樹脂粉末１０で覆う。この状態
でマンドレル６を加熱して表面の固体樹脂粉末１０を硬
化させ、厚さが均一で欠陥のないライナー層２を形成す
る。

次に、実施例１．２及び比較例１について説明する。

実施例Ｉ ＦＲＰ管の内面に雌ねじ部を形成するための雄ねじ部を
有するマンドレルに、エポキシ樹脂を含浸させたサーフ
ェシングマットを厚さ０．１２〜３．６１になるまで巻
きつけ（第２図（ａ）参照）、その上をポリエステルテ
ープで完全に被覆しく第２図（ｂ）参照）、この状態で
８０°Ｃの炉に入れて２時間加熱してサーフェシングマ
ットを硬化させてライナー層を形成した。尚、サーフェ
シングマットを０．１２〜３．６　ｍｅの厚みに巻いて
もその後のポリエステルチーブ被覆等の処理により完成
したパイプでのライナー層厚は０．１２〜３．６鵬より
もやや薄目になる。

発明者らの実験によればサーフェシングマット初期設定
厚みの２０％の厚み減少が観察され、したがって製造に
おけるライナー厚みＬｍを得るためには（ｔｘｌ、２）
ｍの厚みにサーフェシングマットを巻きつけることが必
要である。

次に、エポキシ樹脂を含浸させた連続ガラスロービング
を巻き角度±５５度で積層した後（第２図（Ｃ）参照）
、加熱・硬化させて強化層を形成した。

そして、マンドレルを抜き取りＦＲＰ管を完成させた。

このＦＲＰ管に、７０°Ｃの温水で内外面を加熱・保温
しながら、４５０気圧の内圧を負荷としてかけ、破壊に
至るまでの時間を計測した。結果を第４図中に・をもっ
て示す。ライナー層の厚さが０．２〜２、０　ａｍの範
囲である場合に、最も長寿命であった。

実施例２ 実施例１で用いたのと同様のマンドレルに、エポキシ樹
脂を静電粉体塗装により厚さ０．２〜２．０ｍｍとなる
ように吹きつけ（第３図（ａ）参照）、加熱・硬化させ
ることによりライナー層を形成した（第３図（ロ）参照
）。

強化層は実施例１と同様に形成した。

得られたＦＲＰ管に実施例１と同様の試験を行った。結
果を第４図中に○をもって示す。

このＦＲＰ管は、実施例１のＦＲＰ管と性能的に等価で
あった。

実施例３ エポキシ樹脂の代わりにポリアミド樹脂を用いた他は、
実施例２と全く同様である。

得られたＦＲＰ管に実施例１と同様の試験を行った。結
果を第４図中に◇をもって示す。

このＦＲＰ管は、実施例１のＦＲＰ管と性能的に等価で
あった。

比較例１ マンドレルに巻きつけたサーフエシングマットをポリエ
ステルテープで被覆することなく、加熱・硬化させてラ
イナー層を形成した他は、実施例１と同様とした。

その結果、サーフェシングマットからがなりの量のエポ
キシ樹脂の滴下が生じ、ライナー層厚ての役割を果たさ
ない状態となり、テープで被覆する必要性が確認された
。

（発明の効果〕 本発明の繊維強化プラスチック管は、厚さ０．２〜２．
０　ｗｎのライナー層に雌ねじ部を一体成形したので、
雌ねじ部を含めて高圧条件下で長期間にわたって高いシ
ール性及び耐蝕性を有する。したがって、本発明の繊維
強化プラスチック管は、多数の繊維強化プラスチック管
を連結して使用するような場合に特に有効である。

本発明の繊維強化プラスチック管の製造方法は、ライナ
ー層形成工程において、液体樹脂を含浸させた保持手段
を被覆手段にて覆った状態で加熱して液体樹脂を硬化さ
せるので、加熱・硬化中の樹脂の滴下によるライナー層
の樹脂欠乏を防止し、内部に欠陥のないライナー層を形
成させることができる。したがって、ライナー層に一体
に形成させる雌ねじ部のような細かい凹凸表面を有する
部位においても、内部に欠陥のないライナー層を形成さ
せることができ、直管部のみならず雌ねじ部においても
、高圧条件下で長期間にわたって高いシール性及び耐蝕
性を有する繊維強化プラスチック管を得ることができる
。

本発明の繊維強化プラスチック管の製造方法は、ライナ
ー層形成工程において、マンドレルの表面を固体樹脂粉
末で覆った状態で加熱して固体樹脂粉末を硬化させるの
で、内部に欠陥のないライナー層を形成させることがで
きる。したがって、ライナー層に一体に形成させる雌ね
じ部のような細かい凹凸表面を有する部位においても、
内部に欠陥のないライナー層を形成させることができ、
管本体のみならず雌ねじ部においても、高圧条件下で長
期間にわたって高いシール性及び耐蝕性を有する繊維強
化プラスチック管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のＦＲＰ管の断面図、第２図（ａ）〜（
Ｃ）はその製造工程を示す図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は
他の製造工程を示す図、第４図はライナー層の厚さと４
５０気圧の内圧を負荷としてかけた時のＦＲＰ管の寿命
との関係を示す図、第５図は従来のＦＲＰ管の断面図で
ある。 １・・・ＦＲＰ管 ３・・・強化層 ６・・・マンドレル ８・・・テープ １０・・・固体樹脂粉末 ２・・・ライナー層 ４・・・雌ねじ ７・・・サーフエシングマット ９・・・強化繊維 第 ２図 第１図 第 図 （ｃ） 第 図 手続補正書（自発） 平成２年１２月１９日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一端の内面に雌ねじ部が形成され、か
   つ、厚さが均一でその厚さが０．２〜２．０ｍｍである
   ライナー層と、該ライナー層を覆うように積層され、か
   つ熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維からなる強化層と
   を有することを特徴とする繊維強化プラスチック管
2. （２）少なくとも一端の表面に雄ねじ部を有するマンド
   レルの表面を、液体樹脂を含浸させた保持手段にて覆い
   、さらに該保持手段の表面を被覆手段にて覆った状態で
   マンドレルを加熱して保持手段の液体樹脂を硬化させ、
   少なくとも一端の内面に雌ねじ部を有するライナー層を
   形成するライナー層形成工程と、熱硬化性樹脂を含浸さ
   せた強化繊維をライナー層表面にフィラメントワインデ
   ィング法にて積層し、その後加熱硬化させて強化層を形
   成する強化層形成工程と、強化層を形成させた後マンド
   レルのみを取り外すマンドレル取り外し工程とからなる
   ことを特徴とする繊維強化プラスチック管の製造方法
3. （３）雌ねじ部を形成させるための雄ねじ部を少なくと
   も一端に有するマンドレルの表面を、固体樹脂粉末で覆
   い、この状態でマンドレルを加熱して表面の固体樹脂粉
   末を硬化させ、ライナー層を形成するライナー層形成工
   程と、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をライナー層
   表面にフィラメントワインディング法にて積層し、その
   後加熱硬化させて強化層を形成する強化層形成工程と、
   強化層を形成させた後マンドレルのみを取り外すマンド
   レル取り外し工程とからなることを特徴とする繊維強化
   プラスチック管の製造方法