JPH074877B2 - 繊維強化樹脂管の製造方法 - Google Patents

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錆びないと
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
が管の長手方向及び管の略周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が提案されている（特公
昭62−773号公報、特公昭62−22038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ばかり
でなく、連続強化繊維が管の長手方向に配されているの
で、管の熱伸縮が小さく、配管ラインの管の熱伸縮によ
るトラブルが少ないという利点を有している。

また他の複合管の製造方法として、連続繊維強化層に熱
可塑性樹脂を用い、その内外両面に熱可塑性樹脂層を押
出し形成する方法も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

強化層に熱可塑性樹脂を用いた複合管は、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その線膨
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。

また強化層に熱可塑性樹脂を用いた複合管は、その製造
工程において、強化層の内外に熱可塑性樹脂層を形成す
るため、２度にわたる押出工程が含まれ、複合管の製造
を煩雑化するとともに、製造装置も複雑化するうらみが
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簡単かつ連続的にうることができる
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強化層用繊維複合
体層とその片面に形成せられた熱可塑性樹脂層とよりな
るシートから、熱可塑性樹脂層を内側にして管状に賦形
し、熱可塑性樹脂内層とその外側の強化繊維が軸方向に
配された第１強化層とを有する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強化層用繊維複合体層とその片面に形成せられた熱可
塑性樹脂層とよりなるテープを、熱可塑性樹脂外層を外
側にしてスパイラル状に巻付けるとともに、繊維複合体
を第１強化層に融着し、第１強化層の外面に強化繊維が
略周方向に配された第２強化層とその外側の熱可塑性樹
脂外層を形成することにより４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、両繊維複合体層ともにそれぞれ長
手方向に配されるが、これの外に第１強化層用繊維複合
体層の場合、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
用繊維複合体層の場合は、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。

各層に用いられる熱可塑性樹脂としては、とくに限定せ
られず、管の使用目的に適したものが採択せられるが、
具体的いは、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、加工助材、改質剤などを
配合してもよい。

第１及び第２強化層用の熱可塑性樹脂は、内外層用熱可
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。

第１及び第２強化層用繊維複合体層の厚みは、0.1〜4mm
であり、とくに0.5〜2mmが好ましい。0.1未満では補強
効果が充分でなく、4mmを超えると管の成形が困難とな
る。両繊維複合体層のそれぞれ片面に形成せられている
熱可塑性樹脂層の厚みも0.1〜4mmであり、なかでも0.5
〜2mmが望ましい。

両繊維複合体層中の繊維量は、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
超えると繊維自体の結集力が小さなり、充分に樹脂が融
着した強度の大きい強化層が得られない。

〔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層とその片面に形成
せられた熱可塑性樹脂層とよりなるシートから、熱可塑
性樹脂層を内側にして管状に賦形し、熱可塑性樹脂層と
その外側の強化繊維が軸方向に配された第１強化層とを
有する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強化層用繊維複合体層とその
片面に形成せられた熱可塑性樹脂層とよりなるテープ
を、熱可塑性樹脂層を外側にしてスパイラル状に巻付け
るとともに、繊維複合体を第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に配された第２強化層
とその外側の熱可塑性樹脂層を形成することにより４層
管となすものであるから、第１強化層及び第２強化層の
境界において熱可塑性樹脂が融着一体化する。

〔実施例〕

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

実施例１ 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、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強化用層繊維複合体層（A1）とその
片面に形成せられた熱可塑性樹脂層（B1）とよりなるシ
ート（イ）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、シート（イ）の巻戻し方向にのびている横断面円形
の内金型（２）と、内金型（２）の後部一側方に配置さ
れた加熱手段（３）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（４）と、賦形ロール（４）
の前方に配置せられかつ長手方向に配向に配された連続
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
繊維複合体層（C1）とその片面に形成せられた熱可塑性
樹脂層（D1）とよりなるテープ（ハ）を巻付ける巻付機
（５）と、その巻付け位置の一側方に配された加熱手段
（６）と、加熱手段（６）の前方に配されかつ内金型
（２）と同心状の外金型（７）と、外金型（７）の前方
に配置された冷却装置（９）と、冷却装置（９）の前方
に配置された引取機（10）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（４）との間に
は、成形すべき管状体（ロ）の厚み分の間隙が設けられ
ている。内金型（２）は外金型（７）の若干前方までの
びており、内金型（２）と外金型（７）とには、成形せ
られるべき４層管（ニ）の厚み分の間隙が設けられてい
る。

上記シート（イ）及びテープ（ハ）の各繊維複合体は、
第４図に示す流動床装置（11）を用いて製造する。

この流動床装置（11）の槽底は多孔板（12）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（12）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（11）の槽内に入れられた粉体状熱可塑性樹脂は、噴
射気体（Ｇ）によって流動化状態となり流動床（Ｒ）が
形成される。流動床装置（11）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
（13）が設けられている。

上記流動床装置（11）を用い、巻戻しロール（14）から
多数の連続フィラメントよりなる束状強化繊維（F1）12
本を、巻取りロール（15）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（F1）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、塩素化ポリ塩化ビニル（重合度約530、塩素化度約6
7重合％、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23℃に加熱さ
れた１対の加熱ロール（16）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1mmのシート状繊維複合体（F3）を得、こ
れに巻戻しロール（17）から巻戻された厚み0.7mmの熱
可塑性樹脂シート（Ｓ）を、ガイド・ロール（18）で案
内して重合わせ、230℃に加熱された一対の加熱ロール
（19）を通過させて加熱・加圧し、熱可塑性樹脂を溶融
させて両者を一体化したシート（Ｘ）を得、これを巻取
りロール（15）に巻取った。シート（Ｓ）の熱可塑性樹
脂としては、塩素化ポリ塩化ビニル（平均重合度700、
塩素化度68重量％）を用いた。

上記シート（Ｘ）を切断し、連続強化繊維が長手方向に
配された幅107mm、厚み1.7mmのシート（イ）を、また連
続強化繊維が長さ方向に配された幅28mm、厚み1.7mmの
テープ（ハ）をそれぞれ得た。シート（イ）及びテープ
（ハ）の各繊維複合体層（A1）（C1）の厚みは1mm、各
熱可塑性樹脂層（B1）（D1）の厚みは0.7mmであった。

上記のようにして製造されたシート（イ）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
（３）である熱風発生機により熱風を吹付けて加熱し、
次に熱可塑性樹脂層（B1）を内側にしてシート（イ）の
両縁部の突合わせ、賦形ロール（４）と190℃に加熱さ
れた内金型（２）とにより連続的に管状に賦形し、熱可
塑性樹脂内層（B2）とその外側の強化繊維が軸方向に配
された第１強化層（A2）とを有する外径35mmの２層管
（ロ）となす。

２層管（ロ）をそのまま前進させつつその外周に、巻付
機（５）によりテープ（ハ）を熱可塑性樹脂層（D1）を
外側にし、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（６）である赤外線ヒータ
により、２層管（ロ）及びテープ（ハ）を加熱し、後者
の繊維複合体層（C1）を第１強化層（A2）に融着した
後、続いて220℃に加熱された外金型（７）と内金型
（２）との間隙を通過させ、さらに続いて冷却装置
（９）でサイジングを施し、第１強化層（A2）の外面に
強化繊維が略周方向に配された第２強化層（C2）とその
外側の熱可塑性樹脂外層（D2）を形成することにより４
層管（ニ）となす。上記一連の工程を引取機（10）で引
き取りつつ行ない、第５図に示すような４層管（ニ）よ
りなる内径31.6mm、外径38.4mmの繊維強化樹脂管を連続
的に製造した。

なお、内金型（２）が賦形ロール（４）、巻取機（５）
及び外金型（７）までのびているので、成形時における
管の変形が防がれるとともに、サイジングを容易にしう
る。冷却装置（９）としては水槽が一般的であるが、こ
れに限られない。

実施例２ 実施例１と次の点が相違するのみで、実施例１と同じ工
程を経て内径45mm、外径55mmの繊維強化樹脂管を製造し
た。

粉体状熱可塑性樹脂としてエチレン−ビニル−アセテー
ト共重合体を用い、加熱ロール（16）の温度を150℃と
した。また熱可塑性樹脂シート（Ｓ）として厚み1.2mm
のポリエチレンを用い、加熱ロール（19）の温度を150
℃とした。

シート（イ）の幅を150mm、厚みを2.5mm、テープの幅を
40mm、厚みを2.5mm、各繊維複合体層（A1）（C1）の厚
みを1.5mm、各熱可塑性樹脂層（B1）（D1）の厚みを1.0
mmとした。

内金型（２）の温度を140℃、２層管（ロ）の外径を50m
m、外金型（７）の温度を160℃となした。

〔発明の効果〕

この発明によれば、第１強化層及び第２強化層の各境界
においてはそれぞれ熱可塑性樹脂が融着一体化した繊維
強化樹脂管を簡単かつ連続的にうることができる。

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が配されているので、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
界面での剥離が発生しにくくなる。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が向上す
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II−II線及びIII−III線にそう断面図、第４
図は流動床装置の垂直断面図、第５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。 （イ）…シート、（ロ）…２層管、（ハ）…テープ、
（ニ）…４層管、（A1）…第１強化層用繊維複合体層、
（A2）…第１強化層、（B1）（D1）…熱可塑性樹脂層、
（B2）…熱可塑性樹脂内層、（C1）…第２強化層用繊維
複合体層、（C2）…第２強化層、（D2）…熱可塑性樹脂
外層。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23:22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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強化層用繊維複合体層
   （A1）とその片面に形成せられた熱可塑性樹脂層（B1）
   とよりなるシート（イ）から、熱可塑性樹脂層（B1）を
   内側にして管状に賦形し、熱可塑性樹脂内層（B2）とそ
   の外側の強化繊維が軸方向に配された第１強化層（A2）
   とを有する２層管（ロ）となす工程と、 ｂ）２層管（ロ）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強化層用繊維複合体層（C1）とその片面
   に形成せられた熱可塑性樹脂層（D1）とよりなるテープ
   （ハ）を、熱可塑性樹脂層（D1）を外側にしてスパイラ
   ル状に巻付けるとともに、繊維複合体（C1）を第１強化
   層（A2）に融着し、第１強化層（A2）の外面に強化繊維
   が略周方向に配された第２強化層（C2）とその外側の熱
   可塑性樹脂外層（D2）を形成することにより４層管
   （ニ）となす工程 とを含む繊維強化樹脂管の製造方法。