JPH10196852A - 複合材製パイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パイプの軽量化を図ることができると共に、リ
サイクル性を向上させることのできる複合材製パイプを
提供する。 【解決手段】長尺体積層１，２，３，４と、可溶融性の
合成樹脂による表面層５とから構成されている。長尺体
積層１，２，３，４は、合成樹脂の溶融温度では溶融せ
ず、且つ合成樹脂より比重の軽い紙、布等の長尺体から
構成され、径方向に順次積層された第１から第４の各長
尺体積層１、２、３、４を備えている。第１の長尺体積
層１と第４の長尺体積層４とは、筒状体の軸方向に平行
に伸ばされた複数の長尺体が、周方向に並設されること
により筒状をなす。第２の長尺体積層２は、一つの長尺
体が第１の長尺体積層１の外周に左巻きに巻回されてス
パイラル状に配位され、第３の長尺体積層３は、一つの
長尺体が第２の長尺体積層２の外周に右巻きに巻回され
てスパイラル状に配位されている。そして、合成樹脂
は、溶融状態で圧力をかけながら充填され、金型で硬化
させられることにより、各長尺体と一体化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、複合材製パイプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マトリックスに熱硬化性樹脂
或いは熱可塑性樹脂を使用した複合材料は、ガラス繊維
と不飽和ポリエステルから、近年はボロン繊維、炭素繊
維、アラミド繊維等、高機能繊維の開発が進み、力学的
特性の向上と軽量化を重視した内容が知られ、これらの
特性を生かした種々の繊維強化複合材製パイプが提供さ
れている。

【０００３】ところが、パイプの用途にあっては、単一
の合成樹脂では不十分であるが、かと言って、繊維強化
複合材製パイプほどの機械的、強度的な性能は必要とし
ない分野もあり、これらの要求を満たす複合材製パイプ
の開発が望まれている。特に、パイプの特性として、強
度よりも、軽量化を求められる場合も多く、しかも、比
較的低コストで製造され得ることが必要とされる場合が
ある。

【０００４】また、最近の要求としては、機械的、強度
的な性能りよも、リサイクル性等の易処理性の要求が増
加してきている。特に、上記の繊維強化複合材製パイプ
は、樹脂ペレット等に再生することが実質的に不可能で
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかして本願発明は、
上記の事情に鑑み、パイプの軽量化を図ることができる
と共に、リサイクル性を向上させることのできる複合材
製パイプを提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、木
綿糸、毛糸、紙や布製のテープ、紙や布製の紐等の軽量
且つ非溶融性の長尺体が、筒状体の軸方向に対して縦、
横、斜め等の所定の方向に少なくとも１つの層を形成す
るように配設されなる筒状の長尺体積層と、この長尺体
積層内に充填された、加熱等の溶融処理により溶融可能
な可溶融性合成樹脂とを備え、長尺体が可溶融性合成樹
脂より比重が小さなものであり、この長尺体と可溶融性
合成樹脂とが一体化したものであることを特徴とする複
合材製パイプを提供するものである。

【０００７】本願発明における可溶融性合成樹脂とは、
加熱等の溶融処理によって溶融可能な合成樹脂を言い、
熱可塑性か熱硬化性かは問わないが、処理の容易性から
すると熱可塑性の合成樹脂である方が有利である。軽量
且つ非溶融性の長尺体とは、長尺体の比重が、可溶融性
合成樹脂より比重が小さなものであり、且つ、可溶融性
合成樹脂の溶融処理によっては溶融しない性質を有する
素材からなる長尺体を意味し、特に、木綿糸、毛糸、紙
や布製のテープ、紙や布製の紐等、天然繊維を主材とす
る長尺体が好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本願発明の実
施の形態を説明する。図１は本願発明に係る複合材製パ
イプの断面図である。

【０００９】まず、この実施の形態に係る複合材製パイ
プについて概説すると、図１に示すように、パイプの内
側から第１から第４までの各長尺体積層１，２，３，４
と、可溶融性合成樹脂による表面層５との５層から構成
されている。尚、可溶融性合成樹脂は、各長尺体積層
１，２，３，４の長尺体間の隙間に対して充填させるこ
とを主目的として付与されるものであるため、最外層５
は、綺麗な層状とならなくても良い。尚、各長尺体は細
いため、図では、長尺体の１本１本は図示せず、これら
の集合としての層のみを模式図的に図示したものであ
る。この長尺体としては、その長尺体の比重が可溶融性
合成樹脂より比重が小さなものであり、且つ可溶融性合
成樹脂の溶融処理によっては溶融しない性質を有するも
のを用いることができ、特に、木綿糸、毛糸、紙や布製
のテープ、紙や布製の紐等の天然繊維を主材料とする長
尺状体が望ましい。可溶融性合成樹脂としては、熱不飽
和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい
が、溶融処理の容易性からすると、ポリアミド樹脂（ナ
イロン６、ナイロン６・６）、ポリイミド樹脂、ポリエ
チレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂等が
より好ましい。

【００１０】ここで複合材製パイプの製造方法について
説明しておくと、この複合材製パイプは、木綿糸、毛
糸、紙や布製のテープ、紙や布製の紐等の長尺体を、棒
状マンドレルの長さ方向に対して縦、横、斜め等の所定
の方向に少なくとも１つの層を形成するように配設して
基本となる厚みの筒状体を形成する長尺体の積層工程
と、上記棒状マンドレル上において、上記の長尺体の積
層からなる筒状体の表面から内部へ、可溶融性合成樹脂
を充填する充填工程と、上記棒状マンドレル上におい
て、上記の充填した可溶融性合成樹脂を硬化させ、上記
非溶融材と可溶融性合成樹脂とを一体化させる硬化工程
とを備えた複合材製パイプの製造方法によって製造でき
る。長尺体をマンドレルに配設する方法としては、長尺
体を筒状になす際に用いる種々の方法を適用することが
できるが、この実施の形態では、所謂プルワインド方式
による製造を例示する。具体的には、固定された断面円
形の棒状のマンドレルに対して、各長尺体積層１，２，
３，４を構成する長尺体を引き出して配設する。

【００１１】より配設方法の具体的な例を挙げれば、ま
ず、第１の長尺体積層１を構成する長尺体を、マンドレ
ルの軸方向に対して平行に繰り出すと、当該長尺体はマ
ンドレルの表面上を先端に向けて軸方向に進む。このと
き、マンドレルの先端側の適宜位置において、長尺体を
マンドレルの先端方向に引っ張るようにしてもよい。
尚、当該長尺体は、ボビンから供給されるが、このボビ
ンは、マンドレルの周囲を取り囲むように多数配設さ
れ、マンドレルの円周方向に多数の第１の長尺体が配列
されるものである。また、マンドレルと離れた位置に配
位したボビンから、各長尺体をマンドレルの周囲に配位
されるように案内してもよい。

【００１２】次に、この第１の長尺体積層１の上に、第
２の長尺体積層２を構成する長尺体がボビンから供給さ
れる。この当該長尺体は、マンドレルの軸方向に対して
直交する方向若しくは傾斜した方向に供給される。尚、
直交する方向に供給した場合でも、第１の長尺体積層１
の長尺体が軸方向に進行しているため、第２の長尺体積
層２の長尺体は、マンドレルの軸方向に対して角度を持
ったスパイラル状に巻回される。この巻回のリード角
は、長尺体の種類やパイプに要求される品質等に応じ
て、供給の際の角度と、第１の長尺体積層１を構成する
長尺体の軸方向への進行速度によって適宜の角度に変更
され得る。

【００１３】次に、第２の長尺体積層２の上に、第３の
長尺体積層３を構成する長尺体がボビンから供給され
る。この当該長尺体も、マンドレルの軸方向に対して直
交する方向若しくは傾斜した方向に供給される。尚、直
交する方向に供給した場合でも、第１の長尺体積層１の
長尺体が軸方向に進行しているため、第３の長尺体積層
３の長尺体はマンドレルの軸方向に対して角度を持った
スパイラル状に巻回される。この巻回のリード角も、上
記の第２の長尺体積層２の長尺体の場合と同様に、適宜
の角度に変更され得る。

【００１４】この第２の長尺体積層２を構成する長尺体
と、第３の長尺体積層３を構成する長尺体との巻回の向
きは、第２を左巻きとして、第３を右巻きとする等、巻
回向きを異ならしてもよく、同じ向きとしてもよい。こ
の第２、第３の長尺体のボビンについても、マンドレル
の周りに複数配設することによって実施できる点では第
１の長尺体積層１の場合と同様であるが、この配設した
ボビンをマンドレルの周囲において回転させることによ
って、各長尺体がスパイラル状に巻回される点が、第１
の長尺体積層１の場合と異なる。即ち、複数のボビンを
マンドレルの周囲に配位し、これらのボビンをマンドレ
ルを中心として時計回り或いは反時計回りに回転させ
る。さらに具体的には、中央にマンドレルの挿通穴を有
する回転体を配位し、この挿通穴にマンドレルを挿通す
る。回転体には、複数のボビンを配位し、各ボビンか
ら、マンドレルの軸方向に対して直交する方向若しくは
傾斜した方向に長尺体を供給する。第１の長尺体積層１
の長尺体が軸方向に進行しているため、或いは、第１の
長尺体積層１の長尺体と同様、マンドレルの先端側の適
宜位置において、長尺体をマンドレルの先端方向に引っ
張っているため、マンドレルの周囲にて回転しているボ
ビンから供給された第２、第３の長尺体積層２，３の長
尺体は、スパイラル状に巻回される。

【００１５】次に、第３の長尺体積層３の上に、第４の
長尺体積層４を構成する長尺体を繰り出す。供給する方
向は、マンドレルの軸方向に対して平行であり、長尺体
はマンドレルの先端に向けて軸方向に進む。尚、第４の
長尺体積層４を構成する長尺体のボビンは、マンドレル
の周囲を取り囲むように多数配設され、マンドレルの円
周方向に多数の第４の長尺体が配列されるものである。
従って、図示しないが第４の長尺体積層４を構成する長
尺体は、第１の長尺体積層１を構成する長尺体と同じよ
うに配位されている。また、マンドレルと離れた位置に
配位したボビンから、各長尺体をマンドレルの周囲に配
位されるように案内してもよい。

【００１６】このように、この実施の形態では、第１乃
至第４の長尺体が、棒状マンドレルの長さ方向に対して
所定の方向毎に各層（第１の長尺体積層１、第２の長尺
体積層２、第３の長尺体積層３、第４の長尺体積層４）
を形成しながら、積層状に配設され、これによって、基
本となる厚みを備えた筒状体が形成されたものである。

【００１７】以上のように、複合材製パイプにおける第
１実施形態としての長尺体積層１，２，３，４は、少な
くとも二つの層を有する積層状のものから構成され、二
つの層の内の一方が、一つ又は複数の長尺体を備え、長
尺体が筒状体の軸方向に対して平行に又は所定角度をな
して筒状体の軸方向に伸ばされることにより筒状をなす
ものであり、二つの層の内の他方が、一つ又は複数の長
尺体を備え、長尺体がスパイラル状に配位されたもので
ある。

【００１８】又、第２実施形態としての長尺体積層１，
２，３，４は、上記第１実施形態に係る二つの層の内の
一方が、複数の長尺体を備え、これらの長尺体が筒状体
の軸方向に対して平行に又は所定角度をなして筒状体の
軸方向に伸ばされるとともに、筒状体の周方向に沿って
順次並設されることにより筒状をなすものである。

【００１９】更に、第３の実施形態としての長尺体積層
１，２，３，４は、径内側に配位された第１の長尺体積
層１と、第１の長尺体積層１の外周側に配位された第２
の長尺体積層２と、第２の長尺体積層２の外周側に配位
された第３の長尺体積層３と、更に、この第３の長尺体
積層３の外周側に配位された第４の長尺体積層４との四
つの層を備えた積層状のものから構成され、第１の長尺
体積層１と第４の長尺体積層４とが、一つ又は複数の長
尺体を備え、長尺体が筒状体の軸方向に対して平行に又
は所定角度をなして筒状体の軸方向に伸ばされることに
より筒状をなすものであり、第２の長尺体積層２と第３
の長尺体積層３とが、一つ又は複数の長尺体を備え、長
尺体がスパイラル状に配位されたものからなり、第２の
長尺体積層２を形成した長尺体と、第３の長尺体積層３
を形成した長尺体とが互いに反対向きに巻回されること
により形成されたことを特徴とするものである。

【００２０】次に、この筒状体は、マンドレルの外周に
沿ったまま、次工程の充填工程に送られる。この充填工
程では、充填装置が筒状体の外周に配位され、内側（マ
ンドレルの半径方向）に開いた吐出口から、所定の圧力
で液状の可溶融性合成樹脂が供給され、その圧力によっ
て、可溶融性合成樹脂が第１乃至第４の長尺体積層１，
２，３，４内へ充填される。

【００２１】次に、筒状体は、マンドレルの外周に沿っ
たまま、次工程の硬化工程に送られる。この硬化工程で
は、充填工程後の筒状体を金型で加圧しながら上記可溶
融性合成樹脂を硬化させ、長尺体と一体化させる。この
金型によって、パイプの外周の形状の安定性や平滑性が
高められる。これによって、パイプは完成し、適宜長さ
に切断される。尚、この硬化工程では、品質安定等の理
由から、単一の工程で行ってもよいが、複数の工程に分
けて実施する複数ゾーン工程であってもよい。尚、可溶
融性合成樹脂として、熱可塑性合成樹脂を用いた場合に
は、金型として冷却金型を用いて冷却しながら加圧し、
熱硬化性合成樹脂を用いた場合には、金型として加熱金
型を用いて加熱しながら加圧すればよい。尚、長尺体に
は、積層する前に、充填する可溶融性合成樹脂と同種の
樹脂又は異種の合成樹脂を、ディッピングやコーティン
グによって被覆若しくは含浸させておいてもよい。その
際、長尺体内への含浸量が少なくすると、繊維組織内の
樹脂量がその分少なくなり、より軽いパイプを得ること
ができる。他方、長尺体内への樹脂の含浸量を多くする
と、繊維組織内の樹脂量が多くなる。何れの場合にも、
予め長尺体の表面が樹脂にて覆われるために、充填工程
において可溶融性合成樹脂が長尺体内に含浸することが
なく、充填前の合成樹脂のディッピングやコーティング
による被覆若しくは含浸の操作によって、パイプの重量
を調整できる。

【００２２】図１は、この完成されたパイプの断面を示
すもので、このパイプは、長尺体が、筒状体の軸方向に
対して縦、横、斜め等の所定の方向毎に各層を形成して
積層状に配設されてなる筒状の長尺体積層１，２，３，
４と、この筒状の長尺体積層内へ圧力をかけながら充填
された可溶融性合成樹脂とから構成され、この可溶融性
合成樹脂が、充填後に金型で加圧しながら硬化させられ
ることにより、各層の長尺体と一体化されたものであ
る。尚、このパイプの両端には、金属、合成樹脂並びに
複合材料製の保護用の別部材を、必要に応じて装着して
もよい。長尺体積層の層の数は１層以上の適宜数に変更
でき、各層の厚みや各層の長尺体の本数や太さや供給手
段も適宜変更できる。また、巻回の角度等も適宜変更し
得る。可溶融性合成樹脂は、各層の長尺体間に充填され
ることは勿論、パイプの最外層５を構成する。そして、
この最外層５の可溶融性合成樹脂の表面が、また、場合
によっては長尺体積層の表面側及び最外層５の可溶融性
合成樹脂の表面が、金型によって成形される結果、平滑
な表面を得ることができる。さらに、使用目的に応じ
て、外表面を切削、研磨する等、他の加工手段を併用す
ることも可能である。尚、可溶融性合成樹脂の硬化まで
は、マンドレルに装着した状態で行うものであるが、硬
化後には、マンドレルから取り外して、外周面や内周面
等に対して、種々の処理を施してもよい。

【００２３】また、本願発明の長尺体積層１，２，３，
４を構成する素材は、上記のものの他、ガラス繊維、ボ
ロン繊維、炭素繊維等の長尺体又は短尺体からなる強化
用繊維や、合成繊維等の異質物を、長尺体積層間に配位
したり、樹脂中へ均一に分散させたりすることも、異質
物の配合量がパイプ重量の３０重量％以下であれば妨げ
ることがなく、適宜使用し得る。ただし、紙や布製のも
の等を使用するようにすれば、例えば所定幅を有する長
尺状の紙や布を反物状に巻回したものにおいては、他の
ものに使用した後には、幅方向の端縁部が長手方向に細
幅状に余って切り落とされて廃棄処分される場合が多い
が、その切り落とされた長尺細幅状の端縁部を、本願発
明の長尺体積層１，２，３，４を構成する長尺体として
有効利用することも可能となり、これにより、低コスト
で製作し得るものにでき、その点で有利である。

【００２４】本願発明に係る複合材製パイプは、流体や
粉粒体の輸送用パイプ、各種ローラー、ディスプレー用
部材、ボビン、巻芯等々、筒状の部品や部材として種々
の用途に用いることができるものである。そして、この
パイプは、使用され老朽化すると、当然、廃棄されるこ
ととなる。その際、このパイプは、次の方法によってリ
サイクルされる。

【００２５】このパイプのリサイクル方法としては、上
記の長尺体が、可溶融性合成樹脂の溶融処理では溶融し
ないことを利用してリサイクルが図られ得る。即ち、複
合材製パイプに、その構成材料の回収処理をなすことに
よって、その材料のリサイクルを図る方法であって、上
記の複合性パイプが、木綿糸、毛糸、紙や布製のテー
プ、紙や布製の紐等の軽量且つ長尺体を、筒状体の軸方
向に対して縦、横、斜め等の所定の方向に配位されて少
なくとも１つの層をなすように配設されてなる筒状の長
尺体積層と、この筒状の長尺体積層内に充填硬化させら
れた可溶融性合成樹脂とを備え、上記の長尺体が、可溶
融性合成樹脂より比重が小さなものであり、加熱等の溶
融処理により可溶融性合成樹脂のみを溶融させることに
よって、溶融状態の可溶融性合成樹脂と長尺体とを選別
することを特徴とする複合材製パイプのリサイクル方法
によってリサイクルを図り得る。

【００２６】より具体的に説明すると、パイプは、図２
に示すように、溶融炉１１内に投入される。溶融炉１１
の温度は可溶融性合成樹脂の溶融温度よりも高い温度に
設定されているものの、この加熱による溶融条件にては
長尺体は溶融しない。従って、この溶融炉１１内におい
ては、このパイプの可溶融性合成樹脂１２のみが溶融
し、長尺体１３が液状の可溶融性合成樹脂１２内に溶融
しない状態のまま残る。そして、この溶融していない長
尺体１３をネット、パンチングプレート、フォーク状の
回収部材（長尺体１３の通過を妨げ、液状の可溶融性合
成樹脂１２の通過を許す部材）１４によって引き上げ
る。これにより、液状の可溶融性合成樹脂１２と長尺体
１３とを選別し、液状の可溶融性合成樹脂１２は、回収
路１５からペレット製造工程等の次工程に送って、溶融
樹脂を出発原料とする再利用を行うことが可能である。
他方、回収した長尺体１３には、その周囲に液状の可溶
融性合成樹脂が付着していると共に、内部にも含浸して
いるため、これをそのまま、若しくは、裁断粉砕等によ
って細分化し、建築用ボード等の建築資材や樹脂製品の
増量材等々、種々の製品の原料として用いることができ
る。尚、この実施の形態においては、非溶融材と、可溶
融性合成樹脂との溶融温度の差異を利用したが、圧力、
化学物質に対する溶融性の差異等、他の溶融条件の差異
を利用してもよい。

【００２７】

【発明の効果】しかして本願の第１の発明は、樹脂１０
０％のパイプや繊維強化プラスチック製のパイプに比し
て軽量であり、しかも、長尺体と可溶融性合成樹脂との
溶融条件の差異によって、材料別の再利用を可能とし
て、リサイクル性をも向上させることのできる複合材製
パイプの製造方法を提供することができたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係るパイプの断面図である。

【図２】本願発明に係るパイプのリサイクル方法の説明
図である。

【符号の説明】

１ 第１の長尺体積層 ２ 第２の長尺体積層 ３ 第３の長尺体積層 ４ 第４の長尺体積層 ５ 可溶融性合成樹脂の最外層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 201:00 Ｂ２９Ｌ 23:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木綿糸、毛糸、紙や布製のテープ、紙や
   布製の紐等の軽量且つ非溶融性の長尺体が、筒状体の軸
   方向に対して縦、横、斜め等の所定の方向に少なくとも
   １つの層を形成するように配設されてなる筒状の長尺体
   積層と、 この長尺体積層内に充填された、加熱等の溶融処理によ
   り溶融可能な可溶融性合成樹脂とを備え、 長尺体が可溶融性合成樹脂より比重が小さなものであ
   り、この長尺体と可溶融性合成樹脂とが一体化したもの
   であることを特徴とする複合材製パイプ。