JPS5935766B2 - 繊維強化プラスチツクパイプの成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰという）パ
イプの成形法に関する。

従来、ＦＲＰパイプの一成形法として、ガラス繊維、カ
ーボン繊維、あるいは芳香族ポリアミド繊維等にエポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂あるいはフェノール樹
脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ半硬化状態としたプリプ
レグシート又はクロス（交織も含む）を、芯金に巻付け
て積層し、この積層物の表面に更にセルロース系テープ
をヘリカルに巻きつけて加熱硬化し、冷却後芯金を抜き
取り、テープをはぎとる方法が知られている。

しかしながらセルロース系テープを使用するこの成形法
においては、細心の取扱いと硬化条件等の設定下におい
ても、加熱による熱硬化性樹脂の粘度低下による外表面
への多量の樹脂フロー、又積層の芯金からの移動又は脱
落等が起こり易く、更には成形物の長手方向に部分的に
繊維の蛇行が発生する。かかる現象は成形物中に樹脂の
偏在およびボードを発生させ、繊維の蛇行が成形物に外
力が加わつた場合、その部分で破損に至らしめる危険性
を有する。更に、セルロース系テープは、その硬化温度
条件下では完全に劣化し、その上硬化樹脂との剥離性が
悪いためにそのはぎ取りには回転金属プラン等を用いね
ばならず、成形物表面を粗雑にし、塗装等の仕上加工を
必要とする。本発明者らは従来のセルロース系テープを
使用する成形法におけるこれら諸問題の原因を追求の’
結果、その最大の原因はセルロース系テープが樹脂の
加熱硬化時にテープの横方向の収縮を生じ、又比較的低
温度からテープの縦方向の収縮に伴う収縮応力を発生さ
せることに基づくことを見出した。

すなわち、一般にセルロース系テープは水分； を吸収
し易いセルロース以外にこれも又吸水し易いポリアルコ
ールである柔軟剤が比較的多量に含有されているため、
このようなセルロース系テープを加熱すると、縦横方向
に共に収縮し、実験結果によると横方向に１１０〜１４
０℃附近迄にク ３．５％前後収縮し、１７０〜１８０
℃附近迄に４．０〜４．５％収縮し、更に縦方向に各々
、２〜２．５％、３．０〜３．５％収縮することが判明
、加えて縦方向の収縮応力は２０ｍｍ巾テープで４０〜
５０℃から発生し初めることを知見した。５ 更に熱硬
化性樹脂を含浸させた繊維のプリプレグ或はクロスの加
圧成形条件についても種々検討した結果、成形物中に樹
脂の偏在、ボードの発生を防止するためには、これら加
圧成形法において、加圧開始時と樹脂のゲル化点との関
係が極めて重要であることを見出し、樹脂のゲル化点附
近まで加熱した後加圧を開始すると、樹脂フローも適当
で樹脂の偏在、ボードのない成形物が得られることが判
った。

一方ゲル化点の前において加圧を開始して得られた成形
物は樹脂フローも多く、連続又は独立のボードが発生し
、逆にゲル化点をすぎた点で加圧を開始して得られた成
形物は樹脂フローはほとんどなくボードは比較的少ない
が、樹脂の偏在が生ずる。成形物の機械的性質は、内部
組織、特にボードと樹脂の偏在に敏感で、ゲル化点附近
での加圧では、他の点での加圧に較べ最大の機械的性質
を与えることを見出しＬ本発明においては、熱硬化性樹
脂を含浸した繊維のプリプレグ又はクロスを芯金に巻付
けて積層し、この表面にテープを巻付けて硬化させる成
形法において、熱硬化性樹脂の加熱硬化条件下、テープ
の横方向に収縮せず、樹脂のゲル化点附近で縦方向に収
縮し、積層物を加圧し且つ積層物に密着して容易に巻か
れ硬化後劣化せず硬化樹脂と容易に剥離し、表面に光沢
を与える性質を有するテープを鋭意探索し、このような
性質を有するテープの製造条件下その性質を任意に制御
可能な材料として結晶性熱可塑性樹脂テープを見出し本
発明に至つたものである。

すなわち、本発明は熱硬化性樹脂を含浸させた繊維のプ
リプレグシート又はクロスを芯金に巻付けて積層物の表
面に、硬化時の熱によるテープの横方向の収縮がなく、
樹脂のゲル化点附近で縦方向に収縮が入るように予め加
熱処理により制御した結晶性熱可塑性樹脂テープを圧着
して、積層物の長手方向にヘリカルに巻付け、加熱硬化
し冷却後芯金を抜き取り、テープをはぎ取ることにより
、外表面に樹脂フローが少く、繊維の長手方向に沿つた
蛇行もなく、成形物中に樹脂の偏在、ボードの発生がな
く機械的性質が良好でそして、テープは連続的に硬化樹
脂表面から容易に剥離し得、成形物の表面に光沢を有し
、表面の後加工を必要としないＦＲＰパイプの成形法に
ある。

本発明に使用される結晶性熱可塑性樹脂のテープとして
はポリエチレンテレフタレート又はその共重合体、ナイ
ロン６、ナイロン６６、或はポリプロピレンからなるも
のであるが、特にポリエチレンテレフタレート又はその
共重合体は耐熱性、熱収縮温度の制御、樹脂との剥離性
等から有効に使用しうる。

これらのテープの巾は積層物の長さ、太さ、又はテーパ
ーによつて選択できるが、通常５〜２０ｎで、巻付け作
業のし易さ等から１０〜１５ｎ巾のものが好ましく、テ
ープの厚みについても任意に選択できるが通常２０〜１
００μで巻き作業のし易さ等から２０〜５０μが好まし
い。これらテープの熱収縮応力発生開始の制御は、使用
する樹脂の種類、硬化条件等に合わせたゲル化点との関
係で設定されるが、通常のエポキシ樹脂を使用し、ポリ
エチレンテレフタレートテープを使用する場合、市販の
ポリエステルフイルムを１００〜１６０℃でローラー又
はオーブン中を通して加熱処理し、９０〜１４０℃附近
で熱収縮応力が発生するよう設定するが、好ましくは１
４０℃附近の熱処理で１２０℃前後で熱収縮応力が発生
するものが好ましい。この熱処理によつてテープの横方
向の収縮はほとんどなく、芯金に巻かれた積層物の表面
で硬化時移動することは全くない。なお、ポリエステル
フイルムをその２次転移点温度より若干高い温度で大巾
に延伸することで、縦方向の収縮応力を大きくすること
が可能であるがこのようなテープの場合は、樹脂の硬化
温度の比較的低温領域から急激な収縮応力が発生し外表
への樹脂フローが多くなり好ましくない。テープの積層
物の巻付け方法としては従来セルロース系テープ使用に
おけると同様に行われ、ヘリカル巻きが特に好ましく用
いられる。本発明で用いられる繊維のプリプレグ又はク
ロスは、ガラス繊維、カーボン繊維、芳香族ポリアミド
繊維等の繊維を一方向に平行に配列させた状態又は織物
或はこれらの交織織物を、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、フエノール樹脂等の未硬化の熱硬化性樹脂
とＢＦ３／ＭＥＡ、ブチルパーオキサイド等の硬化剤を
配合し、有機溶媒により粘度を低下させた浸透性高い樹
脂液に、含浸し乾燥して半硬化状態とすることにより製
造されるものが使用される。

本発明の成形法はパイプのみならず従来セルロース系テ
ープを巻付ける方法を用いるロツド等の成形品の製造法
にも応用しうることは勿論であり、本発明の意義は極め
て大きいものである。以下実施例により本発明を説明す
る。

実施例 １ 熱硬化性樹脂としてシエルエピコートＤＸ一２１０（シ
エル化学製エポキシ樹脂）１２５重量部、ＢＦ３／ＭＥ
Ａ３重量部およびメチルエチルケトン６５重量部から成
る樹脂溶液を用い、厚み０．１５ｍｍ）樹脂分４２．５
％の一方向配列のカーボン繊維のプリプレグシートをつ
くつた。

このプリプレグシートを１００×１００ｍｍの正方形を
１０枚切り出し、これを一方向に１０フライ積層して、
熱電対をさし込み、ポリエチレンテレフタレートフイル
ムで絶縁したアルミ電極の間にこの積層物をはさみ、１
７０℃に加熱した加圧成形機の平板上におく。

両電極間の誘電率の変化と積層物の温度変化を記録する
誘電率から得た、この積層物のゲル化点は１８分後の１
５８℃であつた。この結果に基づき、市販の３８μのポ
リエステルテープを１４０℃のロール上で加熱処理して
おく。

この熱処理テープは、縦方向に１３０℃附近から収縮し
始め、同時に熱収縮応力が発生しはじめる。しかも１７
０℃での横方向の収縮は全くなかつた。他方、市販のセ
ルロース系テープを用意した。

このテープは厚み４５μ、巾１８ｍｍで熱収縮応力は４
０℃附近から発生し、１７０℃における横方向への収縮
は４％で縦方向のそれは３．３％であつた。上記プリプ
レグシートから梯形片を切り出しテーパー率１／５００
の中心部直径２９．５ｍ７ｎのクロムモリブデン鋼の芯
金に、ローリングマシンにて３フライ巻付けた。

この表面に上記ポリエチレンテレフタレートテープおよ
びセルロース系テープを各々テープ巻機で積層物の表面
にテーブにしわの入らぬ程度に密着させ、長手方向に２
ｎピツチにへリカル構造に巻き上げた。この２本の巻物
を予め１７０℃に加熱した炉中に吊り下げ１２０分間樹
脂を完全硬化させた後、冷却した。ポリエチレンテレフ
タレートテープの場合、外表面への樹脂フローはほとん
どなく、又テープの移動も全くなかつた。

テープの巻き終りの先端をもち上げ、パイプ状物を回転
させながらテープの端を引つぱると、連続的にテープは
剥離し、つやのある表面が得られた。繊維の蛇行も全く
みられず、パイプの一部を切断し、電子顕微鏡で断面を
観察したところ、樹脂の偏在、ボードは発見できず均一
な成形物が得られた。一方セルロース系テープの場合、
外表面への樹脂フローが幾すじも流れており、テープは
完全に劣化し、部分的にすでに切断していた。

テープはパイプの中心に向つて両端から、初めの位置か
ら最大２％程度移動していた。パイプの一部を切断し電
子顕微鏡で観察したところ、連続したボードがみつかり
、一部樹脂の偏在が認められた。又テープは上表層は、
容易に取り除けるが、樹脂と接した最下層は接着し、こ
れを取除くのに金属回転ブラシが必要であつた。そのた
め表面はつやのないものとなつた。繊維は各所で、パイ
プの円周上に沿つて蛇行していた。実施例 ２ 厚さ０．１０ｍｍのガラス繊維朱子織布に実施例１と同
様にしてシエルエピコートＤＸ−２１０１２５重量部、
ＢＦ３／ＭＥＡ３重量部およびメチルエチルケトン２９
０重量部の樹脂液を含浸付着、乾燥して樹脂付着量４０
．５％のガラス繊維布のプリプレグを得た。

このゲル化点は実施例１と同様に測定した所、１５分後
の１４５℃であつた。

このガラス繊維布プリプレグを用いて、実施例１と同様
にして同じ芯金に５フライ巻きつけて、その表面に実施
例１と同じポリエチレンチレフタレートテープを密着す
るよう巻付けた。

次いで１７０℃で１２０分硬化処理した。テープは容易
に連続的に剥離でき、繊維の蛇行、Ｉ 樹脂の偏在そし
てボードもないパイプ状成形物を得た。

これに対しセルロース系テープを用い、同様にして成形
したパイプ状物はテープがずれ、繊維も若干蛇行してお
りボードがみられた。

実施例 ３ 厚さ０．１１ｍｍのケプラー（デユポン社製芳香族ポリ
アミド繊維）平織物布に実施例１と同様にして、シエル
エピコートＤＸ− ２１０樹脂を３８％付着したケプラ
ー布のプリプレグを得た。

このゲノ ル化点は実施例１と同様に測定した所１２分
後の１３１℃であつた。市販のポリエチレンテレフタレ
ートテープを１２０℃で熱処理した。

このプリプレグを梯形片に切り出しテーパー率２．１／
１０００、中心直径１０．９３ｎのステンレススチール
製の芯金に３フライ巻付けた。この表面に上記テープを
巻きつけ１７０℃で１２０分間加熱硬化し冷却後芯金を
抜き取つた。テープの移動、積層物の脱落、それに外表
面への樹脂フローも全くなかつた。

テープを連続的に剥離しつやのある表面が得られ、繊維
の蛇行もなく、ボードのないパイプ状成形物を得た。こ
れに対し、実施例１で用いたセルロース系テープを使用
したところ、テープは初めの位置からずれ、繊維は部分
的にパイプ円周上に大きく蛇行し、最内層までその蛇行
は達していた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱硬化性樹脂を含浸せる繊維のプリプレグシート又
   はクロスを芯金に巻付けて積層し加熱硬化して繊維強化
   プラスチックパイプを成形するに際し、硬化前の積層物
   の表面に、加熱による横方向の収縮がなく樹脂のゲル化
   点附近で縦方向に収縮する結晶性熱可塑性樹脂のテープ
   を巻付けて加熱硬化後該テープをはぎ取ることを特徴と
   する繊維強化プラスチックパイプの成形法。