JPH04201548A - 繊維強化樹脂管の製造方法 - 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〕 この発明は、繊維強化樹脂管の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

合成樹脂管は、金属管と比較して軽量でかつ鯖びないと
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。しかしながら・合成樹脂管は、金属管より耐
圧性及び耐衝撃性において劣っている。そこでこの問題
を解決す、　るため、熱可塑性樹脂管の外面に連続強化
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
を形成した複°合管及び同外面に連続強化繊維が管の略
周方向配されている熱硬化性樹脂強化層を形成した複合
管が提案されている（特公開６２−７７３号公報、特開
昭５７−１０００３０号公報及び特開昭５９−４８１２
０号公報参照）。

上記複合管は、耐圧性及び耐衝撃性に優れている。とく
に連続強化繊維が管軸方向に配されているものは、管の
熱収縮が小さく、配管ラインの管の熱収縮によるトラブ
ルが少ないという４　利点を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記複合管は、しかしながら、強化層が熱硬化性樹脂で
あるために内層の熱可塑性樹脂層との接着力が弱く、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
樹脂層と強化層との線膨張率の差により、熱可塑性樹脂
層と強化層との界面に剥離が発生し易いという問題があ
った。

この発明の目的は、耐圧性及び耐衝撃性に優れ、しかも
温水を流したり高温下で使用した場合にも全く問題がな
い繊維強化樹脂管を容易かつ連続的にうろことができる
製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 この発明による繊維強化樹脂管の製造方法は、上記の目
的を達成するために、長手方向に配された連続強化繊維
に熱可塑性樹脂が保持されてなる第１強化層用シート状
繊維複合体から、管状体を連続成形する工程と、順次成
形されてくる管状体を前進させつつその内面にそって内
層用熱可塑性樹脂を溶融状態で押出し、管状体の内面に
溶融樹脂層を形成した後、溶融樹脂層をその軟化温度以
下に冷却し、強化繊維が軸方向に配された第１強化層を
有する熱可塑性樹脂内層を形成することにより２層管と
なす工程と、２層管をそのまま前進させつつその外周に
、長手方向に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂が保
持されてなる第２強化層用テープ状またはひも状繊維複
合体をスパイラル状に巻付けるとともに、これを第１強
化層に融着し、第１強化層の外面に強化繊維が略周方向
配された第２強化層を形成することにより３層管となす
工程とを含むことを特徴とするものである。

第１および第２強化層に用いられる強化繊維としては、
熱可塑性樹脂の強化用として使用可能な連続繊維のすべ
てが用いられる。具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、
シリコン・チタン・炭素繊維、ボロン繊維、微細な金属
繊維などの無機繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、エ
コノール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維など
の有機繊維をあげることができる。

そして、この連続強化繊維は、直径１〜数１０μｍの連
続フィラメントよりなるロービング状またはストランド
状のものが用いられる。第１強化層用の強化繊維と第２
強化層用の強化繊維とは、同じ種類および異なる種類の
いずれでもよい。

また連続強化繊維は、側繊維複合体ともにそれぞれ長手
方向に配されるが、これの外に第１強化層用シート状繊
維複合体の場合、長手方向に配された連続強化繊維と直
交ないし交差する連続強化繊維または有限長さの繊維を
配してもよいし、有限長さの繊維からなるクロス状繊維
材やネット状繊維材を配することも可能である。

第２強化層用テープ状繊維複合体の場合は、長手方向に
配された連続強化繊維に加えて上記同様の有限長さの繊
維を含ませてもよい。

内層用熱可塑性樹脂としては、管状に押出し成形可能な
ものであればとくに限定されないが、具体的には、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などがあげられる。

これらの熱可塑性樹脂は、管の使用目的に応じて単独で
または複数の混合物として用いることができる。そして
前記熱可塑性樹脂には、熱安定剤、可塑剤、滑剤、酸化
防止剤、紫外線吸収剤、顔料、強化繊維のような添加剤
、無機充填材、加工助剤、改質剤などを配合し、でもよ
い。

第１及び第２強化層用の熱可塑性樹脂は、内層用熱可塑
性樹脂と同一である必要性は格別になく、融着性のよい
熱可塑性樹脂であればよい。

しかしながら、第２強化層の熱可塑性樹脂を、内層用熱
可塑性樹脂に対する融着性よりも直接に接する第１強化
層用熱可塑性樹脂に対する融着性の方が大きいものとす
る方が好ましく、このようにすれば第１強化層と第２強
化層の層間接着性が高くなり、優れた繊維強化樹脂管が
得られる。なお、ここにいう融着性とは、双方の樹脂を
溶融状態になるまで加熱したうえで圧着し、冷却後融着
した界面が容易に破断しないことをいう。

第１強化層用シ゛−ト状繊維複合体の幅は、これより成
形せられる管状体の外周長さと略等しく、また厚みは第
１強化層の所望厚みによ１り決められるが、通常は０．
１ｎ＋ｍ〜３■である。またシート状繊維複合体中の繊
維量は、５〜７０容量％である。５容量％未満では充分
な補強効果が得られず、７０容量％を超えると熱可塑性
樹脂内層と第２強化層との融着性か低下し充分に界面が
融着しない。

第２強化層用繊維複合体の幅及び厚みはとくに限定され
ないが、テープ状の繊維複合体の場合には、幅１０〜１
００　ｌ１ｌｓ厚み０，１１〜３Ｉのものが用いられる
。またひも状の場合には、直径０．５〜５ｍ１１程度の
ものが用いられる。

第１強化層に第２強化層用テープ状またはひも状繊維複
合体を融着するには、これを１本または複数本加熱しな
がら第１強化層に巻付けるか、または巻付けた後にこれ
を第１強化層とともに加熱し、両者の熱可塑性樹脂を互
いに融着する。テープ状またはひも状繊維複合体を複数
本用いる場合には、すべてを同一方向に巻付けてもよい
し、巻角度をそれぞれ変えて巻付けてもよく、さらには
巻方向をそれぞれ変えてもよい。

連続強化繊維に熱可塑性樹脂を保持させる方法は、多数
のフィラメントよりなるロービング状またはストランド
状の束状連続強化繊維を、（ｉ）粉体状熱可塑性樹脂の
流動床中を通過させる方法、（ｉ　ｉ）粉体状熱可塑性
樹脂を分散した液体の槽中を通過させて粉体状熱可塑性
樹脂をフィラメント間に含浸させ、続いて溶融温度以上
に加熱して繊維と樹脂を一体化せしめるか、または樹脂
を含浸させた後いったん乾燥し、つぎに溶融温度以上に
加熱して繊維と樹脂を一体化せしめ、その後シート状、
テープ状またはひも状に成形する方法が採用される。な
お、溶融粘度が低い樹脂の場合には、上記束状連続強化
繊維を溶融樹脂の槽中に浸漬してこれに樹脂を含浸させ
る方法も可能である。

第２強化層の外面にさらに熱可塑性樹脂外層を設けても
よい。この場合外層に用いる熱可塑性樹脂には、とくに
制限はなくすべての熱可塑性樹脂を用いることができる
か、もちろん第２強化層に用いられている熱可塑性樹脂
と融着性のよい熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。

〔作　　用〕 この発明による繊維強化樹脂管の製造方法は、長手方向
に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂が保持されてな
る第１強化層用シート状繊維複合体から、管状体を連続
成形し、順次成形されてくる管状体を前進させつつその
内面にそって内層用熱可塑性樹脂を溶融状態で押出し、
管状体の内面に溶融樹脂層を形成した後、溶融樹脂層を
その軟化温度以下に冷却し、強化繊維が軸方向に配され
た第１強化層を有する熱可塑性樹脂内層を形成すること
により２層管となし、２層管をそのまま前進させつつそ
の外周に、長手方向に配された連続強化繊維に熱可塑性
樹脂が保持されてなる第２強化層用テープ状またはひも
状繊維複合体をスパイラル状に巻付けるとともに、これ
を第１強化層に融着し、第１強化層の外面に強化繊維が
略周方向配された第２強化層を形成することにより３層
管となすものであるから、内層、第１強化層及び第２強
化層の境界においてそれぞれ熱可塑性樹脂が順次連続的
に融着一体化する。しかも上述のように、管状体の内面
にそって内層用熱可塑性樹脂を溶融状態で押出しするこ
とにより形成された溶融樹脂層をその軟化温度以下にい
ったん冷却した後、２層管の外周に第２強化層用テープ
状またはひも状繊維複合体をスパイラル状に巻付けると
ともに、これを第１強化層に融着するものであるから、
管厚に厚みむらが生じない。

〔実　施　例〕

まず、この発明の実施に使用する装置につき、図面を参
照して説明する。以下の説明において、・前とは第１図
の右方向をいうものとする。

第１図ないし第３図に示す繊維強化樹脂管の製造装置は
、第１強化層用シート状繊維複合体（Ａ１）が巻回され
ている巻戻しロール（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）となされた内層熱可塑性樹脂押出し
用第１押出機（３）と、第１押出機（３）の後部−側方
に配置された加熱手段（４）と、内金型（２）を両側か
ら挾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）の先端近くまでのびている外金型（７）と、外金
型（７）の前方でかつこれと同心状に断熱材（８）を介
して配置された冷却金型（９）と、冷却金型（９）の前
方に配置されたテープ状繊維複合体（Ｃ１）の巻付機（
１０）と、その巻付は位置の一側方に配された加熱手段
（１１）と、加熱手段（１１）の前方に配置された外層
熱可塑性樹脂押出し用第２押出機（１２）と、第２押出
機（１２）の先端に冷却金型（９）と同心状に設けられ
た被覆金型（１３）と、被覆金型（１３）の前方に配置
された冷却装置（１４）と、冷却装置（１４）の前方に
配置せられた引取機（１５）とを備えているものである
。

内金型（２）と一対の鼓状賦形ロール（５）との間には
、成形すべき管状体（Ａ２）の厚み分の間隙か設けられ
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（６ａ）では大径の円柱状となっている。この突
出部（６ａ）と管状体くＡ２）との間には、第１押８機
（３）から押出されてくる溶融樹脂（Ｂｌ）により形成
せられる管状溶融樹脂層（Ｂ２）の厚み分の間隙が設け
られている。

第４図は、シート状繊維複合体（Ａ１）から管状体くＡ
２）を形成するため、一対の賦形ロール（５）を用いる
代わりに、外金型（２７）を、上記外金型（７）より後
方に延長して内金型（２）の全体を覆うようにした変形
例を示す。

上記シート状繊維複合体（Ａ１）及びテープ状繊維複合
体（Ｃ１）は、第５図に示す流動床装置（１６）を用い
て製造する。

この流動床装置（ＩＢ）の槽底は多孔板（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や窒素
などの気体（Ｇ）が多孔板（１７）の下方からこれの多
数の孔を通って上方に噴出せしめられる。その結果、流
動床装置（１６）の槽内に入れられた粉体状熱可塑性樹
脂は、噴出気体（Ｇ）によって流動化状態となり流動床
（１？）が形成される。流動床装置（１６）の槽内及び
その前後壁上端には、束状強化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、巻戻しロール（■９）
から多数の連続フィラメントよりなる束状強化繊維（Ｐ
Ｉ）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、束状強化繊維（Ｆｌ）の各フ
ィラメントに粉体状樹脂を付着させる。粉体状熱可塑性
樹脂としては、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体（酢酸
ビニル量８％、平均粒径２５０μｍ）を用い、強化繊維
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。

粉体状熱可塑性樹脂付着強化繊維（Ｆ２）を約１８０℃
に加熱された１対の加熱ロール（２１）を通過させて加
熱・加圧し、熱可塑性樹脂を溶融させてこれを強化繊維
と一体化せしめ、厚み０゜６■の繊維複合体（Ｆ３〉を
得、これを巻取りロール（２０）に巻取った。この繊維
複合体（Ｆ３）の熱可塑性樹脂と強化繊維との容量割合
は、熱可塑性樹脂７５％、強化繊維２５％であった。

上記繊維複合体くＢ３）を切断し、連続強化繊維が長手
方向に配された幅９１１１１１％厚み０．６ｍｍのシー
ト状繊維複合体（Ａ１）を、また連続強化繊維か長さ方
向に配された幅２３．５ＩＩＩ１１．厚み０゜６１のテ
ープ状繊維複合体（Ｃ１）をそれぞれ得た。

上記のようにして製造された第１強化層用シート状繊維
複合体（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（４）である熱風発生機に
より熱風を吹付けて加熱し、つぎに第１強化層用シート
状繊維複合体（Ａ１）の両縁部を突合わせて賦形ロール
（５）と内金型（２）とにより外径２゛９■、厚み０，
６■の管状体（Ａ２）に連続成形する。

上記管状体（Ａ２）を内金型（２）及びコア（６）の突
出部（６ａ）と、外金型（７）との間の環状間隙に導き
入れる。このさい内金型（２）、コア（６）及び外金型
（７）は２００℃に加熱されている。

順次成形されてくる管状体（Ａ２）を前進させつつその
内面にそって第１押出機（３）より内層用熱可塑性樹脂
（Ｂ１）を溶融状態で押出し、管状体（Ａ２）の内面に
溶融樹脂層（Ｂ２）を形成した後、これを７９℃の冷却
金型（９）に導き、溶融樹脂層（Ｂ２）をその軟化温度
である７９℃まで冷却し、強化繊維が軸方向に配された
第１強化層（八３）を有する厚み１．５層１ｍの熱可塑
性樹脂内層（Ｂ３）を形成することにより外径２９■の
２層管となす。

内層用熱可塑性樹脂（Ｂ１）としては、塩素化ポリ塩化
ビニル（塩素化度６４重量％）を用いた。

２層管をそのまま前進させつつその外周に、巻付機（ｌ
Ｏ）により第２強化層用テープ状繊維複合体（Ｃ１）を
軸方向に対して７５″の角度でスパイラル状に巻付ける
とともに、加熱手段（１１）である赤外線ヒータにより
、２層管及びテープ状繊維複合体（Ｃ１）を加熱し、後
者を第１強化層（八３）に融着して第１強化層（Ａ３）
の外面に強化繊維か略周方向配された第２強化層（Ｃ２
）を形成することにより３層管となす。

３層管を被覆金型（１３）に導き、第２押出機（１２）
により溶融可塑化された外層用熱可塑性樹脂を第２強化
層（Ｃ２）の外周に押出してこれを被覆し、厚みｌｌｌ
ｌ１１の熱可塑性樹脂外層（Ｄ）を形成した後、冷却装
置（１４）で冷却サイジングを施し、４層管となす。外
層用熱可塑性樹脂としてはポリ塩化ビニルを用いた。上
記一連の工程を引取機（１５）で引き取りつつ行ない、
第６図に示すような４層の複合管よりなる内径２４．８
＋ｎｍ、外径３２．２ｍｍの繊維強化樹脂管（Ｅ）を連
続的に製造した。

上記において、加熱手段（４）を配する代わりに、一対
の賦形ロール（５）にヒータを内蔵せしめ、これをシー
ト状繊維複合体（Ａ１）の軟化温度以上に加熱するよう
にしてもよい。

また２層管の外周にテープ状繊維複合体（Ｃ１）を巻付
けるさい、２層管が変形するのを防止するため、コア（
６）の突出部（６ａ）をその巻付は位置まで突出させて
もよいし、あるいはコア（６）の先端より２層管の内部
に冷却空気を吹込み２層管の内面を冷却しつつテープ状
繊維複合体（Ｃ１）を巻付けてもよい。

また冷却金型（９）の代わりに冷風ブロアを用いてもよ
い。

また冷却サイジングを行なう冷却装置（１４）としては
水槽が一般的であるが、これに限られるものではない。

なお、加熱手段（４）の位置は図示の場所に限定されな
いし、場合によってはこれを省くこともてきる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、内層、第１強化層及び第２強化層の
各境界においてそれぞれ熱可塑性樹脂か順次連続的に融
着一体化し、しかも厚みむらのない繊維強化樹脂管を容
易かつ連続的にうろことができる。

そして得られた繊維強化樹脂管の第１強化層には、管の
軸方向に連続強化繊維か配されているので、管の線膨張
が抑制され、その結果、熱収縮量が少なくなって各層の
界面での剥離か発生しにくくなる。また第２強化層には
、管の略周方向に連続強化繊維が配されているので、第
２の強化層により管の耐圧性及び耐衝撃性か向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に用いられる繊維強化樹脂管の
製造装置の一部切欠平面図、第２図及び第３図はそれぞ
れ第１図の■−■線及び■−■線にそう断面図、第４図
は管状体成形部分の変形例を示す一部を切欠いた部分平
面図、第・　５図は流動床装置の垂直断面図、第６図は
この発明により得られた繊維強化樹脂管の部分斜視図で
、外層、第２強化層及び第１強化層が順次一部切欠かれ
ている。 （Ａ１）・・・第１強化層用シート状繊維複合体、（Ａ
２）・・・管状体、（Ａ３）・・・第１強化層、（Ｂ１
）・・・内層用熱可塑性樹脂、（Ｂ２）・・・溶融樹脂
層、（Ｂ３）・・・熱可塑性樹脂内層、（Ｃ１）・・・
第２強化層用テープ状繊維複合体、（Ｃ２）・・・第２
強化層。 以上 特許出願人　　積水化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）長手方向に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂が
   保持されてなる第１強化層用シート状繊維複合体（Ａ１
   ）から、管状体（Ａ２）を連続成形する工程と、 ｂ）順次成形されてくる管状体（Ａ２）を前進させつつ
   その内面にそって内層用熱可塑性樹脂（Ｂ１）を溶融状
   態で押出し、管状体（Ａ２）の内面に溶融樹脂層（Ｂ２
   ）を形成した後、溶融樹脂層（Ｂ２）をその軟化温度以
   下に冷却し、強化繊維が軸方向に配された第１強化層（
   Ａ３）を有する熱可塑性樹脂内層（Ｂ３）を形成するこ
   とにより２層管となす工程と、 ｃ）２層管をそのまま前進させつつその外周に、長手方
   向に配された連続強化繊維に熱可塑性樹脂が保持されて
   なる第２強化層用テープ状またはひも状繊維複合体（Ｃ
   １）をスパイラル状に巻付けるとともに、これを第１強
   化層（Ａ３）に融着し、第１強化層（Ａ３）の外面に強
   化繊維が略周方向配された第２強化層（Ｃ２）を形成す
   ることにより３層管となす工程 とを含む繊維強化樹脂管の製造方法。