JPH07266436A - 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】 繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法に関
し、高度の寸法精度を有し、補強層が歪んだり、切断し
たりすることのないものを提供する。 【構成】 押出機１１から金型１２を介して内層Ｃを押
出し、次いでその外周に巻回機１３ａ、１３ａによりテ
ープ状繊維複合体Ａ１を巻回して二層からなる補強層Ｂ
を形成、得られた３層管をサイジングダイ１４に導入し
てサイジングを行った。このサイジング操作は、サイジ
ングダイ１４を、その規制面を完全に固化しない段階に
ある３層管の外周面に接触させた状態で矢印方向に回転
させるという独特の操作からなる。かくすることによ
り、サイジングするときの応力は、補強層Ｂの径方向の
みならず繊維複合体の巻回方向にも分割されて働き、補
強層Ｂの歪みや補強繊維の切断、内層の歪み等の発生が
防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂と補強繊
維とからなる繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、繊維強化合成樹脂成形技術とし
て、従来の熱硬化性樹脂に代わって熱可塑性樹脂を用い
た所謂ＦＲＴＰ（ Fiber Reinforced Thermo Plastic )
の成形技術が盛んに開発されるようになった。繊維強化
合成樹脂管の分野においても例外ではなく、特に合成樹
脂管は、最内層に主として熱可塑性樹脂からなる管状体
を配した構造を採るので、その外側に位置する補強層の
マトリックス樹脂としては、最内層との接着力を確保す
るために、ＦＲＴＰを採用することが有利であり、本出
願人は先にこの種の技術を開発した（特開平２−１６５
９３０号公報参照）。

【０００３】これらの繊維強化熱可塑性樹脂複合管は、
最内層の外側に、熱可塑性樹脂が保持されてなる繊維複
合体を、ほぼ周方向に巻付けて加熱し融着することによ
って積層し、補強層を形成したものであり、必要に応じ
て補強層の外側に更に最外層として熱可塑性樹脂層を設
ける場合もあった。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の従来技術で得られるところの、内層の外側に補強層を
形成した複合管では、補強層の表面が平滑でないために
複合管の外径精度が得られず、また上述のように、補強
層の外側にさらに最外層として熱可塑性樹脂層を形成し
た場合でも、補強層の凹凸を充分に隠蔽することができ
ず、高度の外径精度を持つものが得られなかった。

【０００５】この問題点を解決する方法として、通常の
合成樹脂管の押出成形の際に外径規制のために使用され
るサイジングダイを用いて同じく外径を規制し、平滑化
することが考えられる。しかし、ほぼ周方向に繊維複合
体を巻回した構造の補強層を有するので、補強繊維は螺
旋状に走っており、その結果、サイジングされるときの
径方向に働く応力が災いして、補強層に歪みが発生し易
く、場合によっては、補強繊維が切断することもあり、
また、内層が真円を形成しない場合もあって、均一な寸
法、性能を備えた複合管を得ることが難しく、確実な解
決策として採用することができないのが現状である。

【０００６】本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂複合管
（以下複合管という）における、上述のごとき従来技術
の問題点を解決し、高度の外径精度を有し、補強層が歪
んだり、切断したりすることのない性能に優れた複合管
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明複合管の製造方法
は、「熱可塑性樹脂管状体からなる内層の外側に、連続
繊維に熱可塑性樹脂が保持されてなる繊維複合体を巻回
し融着させて補強層を形成する工程を有する複合管の製
造方法において、繊維複合体の巻回方向と同方向に回転
するサイジングダイを用いて、完全に固化しない段階に
ある補強層の外周面をサイジングすること」を特徴とす
るもので、そのことにより上記目的が達成される。

【０００８】即ち、外径を規制するサイジングダイを、
繊維複合体の巻回方向と同方向に回転させることによ
り、サイジングするときの応力の伝達方向が、補強層の
径方向のみではなく、周方向にも働くようになし、以て
外径規制応力が補強層にとって悪影響を与える異質な外
力とならないように配慮し、補強層の歪みや補強繊維の
切断、更には内層の歪み等の発生を防止するようにした
ことを骨子とするものである。

【０００９】本発明において用いるサイジングダイの外
径規制面は、従来の合成樹脂管の押出成形時に使用され
る環状サイジングダイのように、成形されつつある複合
管の周方向を完全に囲繞するような構造とすることは必
ずしも必要ではなく、周方向の一部に接触した状態で管
軸の回りに回転する規制面を有するものであってもよ
い。寧ろ、サイジングダイを安価に製作出来る点では、
後述する実施例の如く、周方向の一部のみに接触した状
態で管軸の回りに回転する規制面を有するものが好まし
い。

【００１０】そして、サイジングダイの規制面は、得よ
うとする複合管の外周面と同じ曲率半径の内面形状を持
つものが好ましく、規制面が周方向の一部に形成された
ものの場合は、通常、円弧状の規制面を有するサイジン
グダイを、回転可能な固定環に固定し、これを支持台に
回転可能に取り付けた構造を採る。

【００１１】該固定環や支持台の形状は特に限定されな
い。この円弧状規制面を有する場合、その中心角は２７
０°以下とするのがよく、好ましくは１５〜１８０°で
ある。またサイジングダイの規制面の管軸方向の幅は、
巻き付ける繊維複合体がテープ状の場合、該繊維複合体
の幅の１／３〜２０倍程度がよく、好ましくは１〜５倍
程度である。また、巻き付ける繊維複合体が紐状の場
合、該繊維複合体の直径の１〜１００倍程度がよく、好
ましくは３〜２５倍である。

【００１２】また、サイジングダイの規制面も、緊締方
向に進行するボルトと固定位置にあるナットとの螺子関
係と同様に、繊維複合体の巻回によって形成される螺旋
帯と同じ螺旋状に形成すれば、繊維複合体の巻回方向と
サイジング方向との角度差が０となり、最も効果的なサ
イジングが可能であるが、必ずしもこのような複雑なザ
イジングダイを必要とするわけではなく、繊維複合体の
巻回方向との角度差が３０°以内にあればよい。即ち、
規制面は単なる曲面とし、繊維複合体の巻回角度（管軸
に対する垂直面とのなす螺旋角）を３０°以内とすれば
よい。何れにしても、サイジングダイの回転方向は、繊
維複合体の巻回方向と同じ方向としなければ、該繊維複
合体を弛緩する方向に応力が働くこととなる。

【００１３】また、サイジングダイには、サイジング最
中に規制面から複合管を吸引して、より精密な外径規制
ができるような減圧装置を付設してもよい。減圧する場
合は、５００ｍｍＨｇ以下（減圧力で２６０ｍｍＨｇ以
上）にすることが好ましく、さらに好ましくは１５０ｍ
ｍＨｇ以下（減圧力で６１０ｍｍＨｇ以上）とするのが
よい。また、サイジングダイには、サイジング最中に複
合管の表面を冷却すると、平滑性、光沢等の表面性質が
よくなるので、冷却装置を付設してもよい。

【００１４】サイジングダイを回転させる装置として
は、ザイジングダイが短筒状の規制面を持つ場合はサイ
ジングダイそのもの、円弧状の規制面を持つ場合はその
固定環に、それぞれ歯車、プーリ等の動力伝達手段を付
設し、これに歯車、ベルト、変速機等を組み込んで動力
源と連結すればよい。

【００１５】本発明に於いて、連続繊維に融着される熱
可塑性樹脂としては、特に限定されるものではなく、複
合管の使用目的に対応して、適切な樹脂を選択して使用
すればよい。具体的には、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、これら主体となる樹脂成
分に、必要に応じて熱安定剤、可塑剤、滑剤、酸化防止
剤、紫外線吸収剤、顔料のような添加剤、或いは無機充
填剤、加工助剤、改質剤、短繊維からなる補強繊維等が
添加される。

【００１６】内層を形成する熱可塑性樹脂としては、上
記の繊維複合体のマトリックス樹脂と同じ範疇のものが
用いられ得るが、補強層との層間接着強度を高めるため
に、双方の樹脂は互いに融着性のよいもの同士の組み合
わせとするのが好ましい。また、内層は、単に樹脂のみ
からなるものに限定されるわけではなく、短繊維、長繊
維、連続繊維等で補強された管状体であってもよい。

【００１７】本発明に於いて、補強層に用いられる補強
繊維としては、熱可塑性樹脂の強化用として用いられる
従来公知のもの全てが使用できる。具体的には、ガラス
繊維、炭素繊維等の無機繊維、ステンレス繊維、銅繊維
等の金属繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエス
テル繊維等の有機繊維等が挙げられ、これらは単独で使
用されてもよいし、二種以上併用して使用されてもよ
い。

【００１８】また、補強繊維の形態とては、所謂連続繊
維を使用する。例えば、モノフィラメント状、ロービン
グ状、ストランド状の連続繊維や、長尺状の繊維織物、
編み物等が挙げられる。また、繊維の太さは、太いと繊
維に熱可塑性樹脂の未保持部分が発生することがあり、
細いと繊維が切断することがあるので、１〜１００μｍ
がよく、好ましくは３〜５０μｍである。

【００１９】長手方向に配された連続繊維からなる補強
繊維に熱可塑性樹脂を融着させて繊維複合体とする手段
としては、例えば、多数のフィラメントよりなるロービ
ング状、ストランド状の補強繊維を、粉体状熱可塑性樹
脂の流動床中を通過させ、或いは粉体状熱可塑性樹脂を
分散させた液中を通過させた後、加熱・乾燥して融着さ
せる方法等、従来公知の方法が採用される。

【００２０】本発明において、熱可塑性樹脂管状体から
なる内層側に巻回する繊維複合体の厚み、幅、巻付け角
度は、複合管の口径や要求性能によって選択されるが、
形状としては、好ましくはテープ状又は紐状のものが採
用される。テープ状の場合は、厚みは０．１〜５ｍｍ程
度のものが用いられ、幅は５〜２００ｍｍ程度のものが
用いられる。また紐状の場合は、直径０．５〜５ｍｍ程
度のものが用いられ、それぞれの巻付け角度は、管軸に
対して３０〜９０°未満の範囲が好ましい。

【００２１】また、巻回密度は、隙間無く巻き付けるの
が好ましく、巻き付けによって積層される補強層は、１
層でもよく、複数回巻き付けて複数層としてもよい。こ
の場合、補強層のサイジングは、１層毎に行ってもよ
く、複数層を巻回した後に纏めて行ってもよい。但し、
複数層を纏めてサイジングする場合のサイジングダイの
回転方向は、当然、最外層の巻回方向と同方向としなけ
ればならない。

【００２２】また、内層の外側に繊維複合体を巻き付け
る場合、連続的に押出成形した内層形成用管状体に、連
続的に巻回してもよいし、一旦管状体を成形し、別工程
で繊維複合体を巻き付けてもよい。

【００２３】

【作用】本発明複合管の製造方法は、繊維複合体の巻回
方向と同方向に回転するサイジングダイを用いて、完全
に固化しない段階にある補強層の外周面をサイジングす
るようにしたから、該サイジングするときの応力は、補
強層の径方向のみならず、繊維複合体のほぼ巻回方向に
も働く分力となって分割される。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について詳細に説明する。

【００２５】実施例１． （１）繊維複合体の製造 図１は繊維複合体の製造に使用される装置の一例を示す
概略図である。

【００２６】この装置は、粉体状の熱可塑性樹脂からな
る流動床を利用する装置である。１は流動床形成槽であ
って、その槽底には多孔板２が取着されており、気体供
給路から送られてきた空気や窒素等の気体Ｇが、多孔板
２の下方からその多数の小孔を通って上方に噴出せしめ
られる。その結果、流動床形成槽１に投入された粉体状
熱可塑性樹脂は、噴出気体によって流動化状態となり、
流動床Ｒが形成される。流動床形成槽１内及びその前後
壁上端には、連続繊維を案内するためのガイドロール
３、３・・が設けられている。

【００２７】上記流動床形成槽１を用い、巻き出しロー
ル４から、直径２３μｍのフィラメントで構成したロー
ビング状ガラス繊維（４４００ｔｅｘ）よりなる補強繊
維Ｆを１０本、巻取りロール５によりひねりを加えなが
ら、流動床Ｒ中を通過させ、補強繊維Ｆの各フィラメン
トに、粉体状熱可塑性樹脂を付着させた。粉体状熱可塑
性樹脂としては、ポリ塩化ビニル（平均重合度＝１００
０、平均粒径＝１００μｍ）を用いた。さらに、この補
強繊維Ｆを２００℃に加熱された一対の加熱ロール６、
６間を通過させて加熱・加圧し、樹脂を軟化乃至溶融さ
せて、これを補強繊維Ｆと一体化せしめ、厚み０．５ｍ
ｍの長尺体とし、更に、これを幅２５ｍｍに切断してテ
ープ状繊維複合体Ａ１を得た。この繊維複合体Ａ１のガ
ラス繊維含有率は１８％であった。

【００２８】（２）複合管の製造 図２は、本発明の複合管の製造方法に用いる製造装置の
一例を示す概略説明図であり、以下の操作で複合管を製
造した。

【００２９】この複合管Ｐ１の製造装置は、押出機１１
と、金型１２と、テープ状繊維複合体Ａ１を巻き付ける
巻回機１３ａ、１３ｂと、巻き付けたテープ状繊維複合
体Ａ１を加熱融着するための熱風発生機１５、１５と、
サイジングダイ１４と、引取機１６とを備えている。

【００３０】上述の製造装置を用いて複合管Ｐ１を製造
する操作について説明すると、先ず、押出機１１より金
型１２を介して、テープ状繊維複合体Ａ１を構成する樹
脂と同じポリ塩化ビニルを管状に押し出し、塩化ビニル
樹脂製管状体よりなる内層Ｃを得た。ここで得た内層Ｃ
は、内径＝約１００ｍｍ、外径＝約１１２ｍｍ、肉厚＝
約６．０ｍｍであった。

【００３１】この内層Ｃを引き続き前方に前進させ、そ
の外周に２つの巻回機１３ａ、１３ｂによりテープ状繊
維複合体Ａ１、Ａ１をそれぞれ異方向に隙間なく巻き付
けた。また、巻回にあたって、内層Ｃと融着させるた
め、３００℃の熱風を熱風発生機１５で吹き付けながら
巻回して融着させ、二層からなる補強層Ｂを形成した。

【００３２】ここで得られた３層管を更に前方のサイジ
ングダイ１４に導き、サイジングした。このときのサイ
ジングダイ１４は、図３に示すように、円弧状の規制面
１４ａを持ち、固定環１４ｂに固定され、該固定環１４
ｂは支持台１４ｃとの間で、図示しないスラストベアリ
ングを介して、これも図示しない駆動源とベルトにより
管軸回りに回転可能になされた構造を持つ。

【００３３】そして、上層の繊維複合体の巻回方向であ
る時計回りの方向（図２参照）に、サイジングダイ１４
の規制面１４ａを３層管の外周面に接触させつつ回転し
た。該回転数は、巻回機１３ｂの回転数と同じに設定し
た。また、サイジングダイ１４の扇形形状部１４ａの中
心角は３０°、規制面の曲率半径は５７ｍｍで、管軸方
向の幅は１００ｍｍであった。かくして、サイジングさ
れた３層管を引取機１６で連続的に引き取りつつ複合管
Ｐ１を製造した。得られた複合管Ｐ１の寸法は、内径＝
約１００ｍｍ、外径＝約１１４ｍｍ、厚み＝約７．０ｍ
ｍであった。

【００３４】実施例２． （１）繊維複合体の製造 マクリックス樹脂として、塩素化ポリ塩化ビニル（重合
度＝７００、塩素化度＝６７％、平均粒径＝１００μ
ｍ）を用いた他は、実施例１と同様にして幅１８０ｍ
ｍ、厚み０．８ｍｍ、ガラス含有率２５重量％のシート
状繊維複合体Ａ２と、幅３０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、ガ
ラス繊維含有率３５重量％のテープ状繊維複合体Ａ３を
得た。

【００３５】（２）複合管の製造 図４は、本発明の複合管の製造方法に用いる製造装置の
他の例を示す概略説明図であり、以下の操作で複合管Ｐ
２を製造した。

【００３６】複合管Ｐ２の製造装置は、シート状繊維複
合体Ａ２の巻き出しロール２０と、内層用熱可塑性樹脂
を押し出す第一押出機２１と、シート状繊維複合体Ａ２
を管状体に賦形でき、更にその内面に樹脂を被覆するこ
とのできるクロスヘッド型金型２２と、巻き付けた繊維
複合体Ａ３、Ａ３をさらに強固に融着させるための加熱
機２３と、更に前方に配置され、内面より減圧のできる
サイジングダイ２４と、サイジングした４層管のさらに
外側に、樹脂を被覆する被覆金型２６と、被覆する樹脂
を押し出す第二押出機２５と、冷却装置２７とを備え、
更に実施例１に用いた装置とほぼ同じ巻回機１３ａ、１
３ｂと、熱風発生機１５、１５と、引取機１６とを備え
ている。

【００３７】上述の製造装置を用いて複合管Ｐ２を製造
した操作について説明すると、先ず、巻き出しロール２
０より、シート状繊維複合体Ａ２を送り出しつつ、金型
２２の後方より挿入し、該金型２２内でシート状繊維複
合体Ａ２を管状体に賦形しつつ、その内面に繊維複合体
Ａ２のマトリックス樹脂と同じ塩素化ポリ塩化ビニルで
ある内層形成用樹脂を管状に押し出して積層した。ここ
で得た２層管は、内径＝約１００ｍｍ、外径＝約１０
６．８ｍｍ、厚み＝約３．４ｍｍであった。

【００３８】この２層管を引き続き前進させつつ、その
外周に２つの巻回機１３ａ、１３ｂによりテープ状繊維
複合体Ａ３をそれぞれ異方向に隙間なく巻き付けた。ま
た、このとき２層管と融着させるため、３００℃の熱風
を熱風発生機１５、１５で吹き付けながらテープ状繊維
複合体Ａ３を巻回し融着させ、さらに前方の加熱機（２
２０℃に設定）に導き、２層管とテープ状繊維複合体Ａ
３を強固に融着させて４層管とした。

【００３９】ここで得られた４層管を更に前方のサイジ
ングダイ２４に導き、サイジングした。このときのサイ
ジングダイ２４は、１９０℃に昇温され、その回転方向
は、上層の繊維複合体Ａ３の巻回方向である時計回りの
方向（複合管Ｐ２の送り出し方向を見た状態において、
図４参照）にし、サイジングダイ２４の規制面を４層管
の外周面に接触させつつ回転した。該回転数は、巻回機
１３ｂの回転数と同じに設定した。また、扇形形状部の
中心角は４５°、内面の曲率半径は５７ｍｍ、幅は６０
ｍｍで、６０ｍｍＨｇ（減圧力７００ｍｍＨｇ）まで減
圧し、サイジングを行った。

【００４０】次に、サイジングされた４層管を引き続き
被覆金型２６に導き、４層管の外側に内層樹脂と同じ塩
素化ポリ塩化ビニルを押し出して被覆し５層管とした。
引き続き、冷却装置２７を経て、引取機１６で連続的に
引き取りつつ複合管Ｐ２を製造した。得られた複合管Ｐ
２の寸法は、内径＝約１００ｍｍ、外径＝約１１４ｍ
ｍ、厚み＝約７．０ｍｍであった。

【００４１】比較例１．サイジングダイとして、従来の
筒状のもの（内径＝１１４ｍｍ、サイジングダイの長さ
＝１００ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様の
方法で複合管を製造した。

【００４２】比較例２．サイジングダイを使用しなかっ
たこと以外は実施例２と同じ方法で複合管を製造した。

【００４３】上記各実施例及び比較例で製造した複合管
の内径及び外径について、それぞれ無作為に選定した１
０点箇所をデジタル式ノギスで測定した。その結果につ
いて、内径精度については表１に示し、外形精度につい
ては表２に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】表１及び表２に示すように、実施例で製造
した複合管は、内外径共精度に優れた管であり、サイジ
ングによる繊維配向の歪みや繊維の切れは認められなか
ったが、比較例１のものは内径精度に劣り、比較例２の
ものは外径精度に劣るものであった。

【００４７】

【発明の効果】本発明複合管の製造方法は、繊維複合体
の巻回方向と同方向に回転するサイジングダイを用い
て、完全に固化しない段階にある補強層の外周面をサイ
ジングするようにしたから、該サイジングするときの応
力は、補強層の径方向のみならず、繊維複合体のほぼ巻
回方向にも働く分力となって分割される。

【００４８】従って、外径規制応力が補強層にとって悪
影響を与える異質な外力とはならず、補強層の歪みや補
強繊維の切断、内層の歪み等の発生が防止され、寸法精
度、性能に優れたものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法で使用する繊維複合体の製造
に使用される装置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明の製造方法に用いる製造装置の一例を示
す概略説明図である。

【図３】同上に於いて、サイジングダイのみを取り出し
て示す斜視図である。

【図４】本発明の製造方法に用いる製造装置の他の例を
示す概略説明図である。

【符号の説明】

Ａ１、Ａ３ テープ状繊維複合体 Ａ２ シート状繊維複合体 Ｂ 補強層 Ｃ 内層 Ｆ 補強繊維 Ｐ１、Ｐ２ 複合管 11 押出機 12 金型 13a 、13b 巻回機 14、24 サイジングダイ 14a 規制面 14b 固定環 14c 支持台 15 熱風発生機 16 引取機 20 巻き出しロール 21 第一押出機 22 クロスヘッド金型 23 加熱機 25 第二押出機 26 被覆金型 27 冷却装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂管状体からなる内層の外側
   に、長手方向に配された連続繊維に熱可塑性樹脂が融着
   されてなる繊維複合体を巻回し、内層側に融着させて補
   強層を形成する工程を有する繊維強化熱可塑性樹脂複合
   管の製造方法において、繊維複合体の巻回方向と同方向
   に回転するサイジングダイを用いて、完全に固化しない
   段階にある補強層の外周面をサイジングすることを特徴
   とする繊維強化熱可塑性樹脂複合管の製造方法。