JPS5942610B2 - 多孔性繊維強化プラスチツクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は主に半透膜分離装置における半透膜の支持体
として好適なすぐれた通気性ないし透水性と機械的強度
とを有する多孔性繊維強化プラスチツクの製造方法に関
する。

従来、半透膜分離装置における通気性ないし透水性を有
する支持体の製造法としては機械的強度を有する適宜の
部材にドリル刃で０．５〜２順径の細孔を開ける方法が
一般的であつた。

しかしこの方法は二次的に穿孔処理しなければならない
という煩られしさに加え、穿孔部における膜特性が低下
しやすく加圧下で容易に変形してしまう欠点があつた。
近年、このような従来方法に代わり、熱硬化性樹脂と繊
維基材とを一体に硬化成形する場合にその硬化成形段階
で多数の細孔を附与するようにした多孔性繊維強化プラ
スチツクの製造法が知られている。

この方法は二次的な穿孔処理を必要としないが、硬化成
形段階でいかにして均一かつ安定した細孔を附与するか
が問題であつて、これに関し今日まで種々の工夫がなさ
れてきた。たとえばパイプ状支持体の製造に関し、マン
ドレル上に装填する繊維基材としてとくに円筒伏ガラス
繊維体（スリーブ）を使用する方法、またこの場合にあ
るいはガラスローピングないしヤーンを繊維基材とする
一般のフイラメントワインテイング法などを採用する場
合に、繊維基材への樹脂含浸量を硬化成形後基材空隙が
適当に残存しうるような割合に調節したり、含浸樹脂組
成物中に有機溶剤などの低沸点化合物や有機ないし無機
の特定の発泡剤を含ませてこれを硬化成形段階で揮散な
いし分解させて発泡させる方法、さらには含浸樹脂分と
してとくにフエノール樹脂、ポリウレタンなどの硬化反
応で発泡しやすい樹脂を使用する方法などが知られてい
る。

しかるにこれらの提案法は高価なガラススリーブの使用
や樹脂、発泡剤、有機溶剤などの選定ないし基材含浸量
の制御に細心の注意を要し、またこれにもかかわらず一
般に得られる硬化成形体の細孔構造が不安定となりやす
く通気性ないし透水性の安定性に欠ける憾みがあり、さ
らにフイラメントワインデイング法などでは連続生産に
適さないなど、実用化するに必らずしも適したものとは
いえなかつた。

この発明ぱこのような欠点のない実用価値の高い多孔性
繊維強化プラスチツクの製造法を提供しようとするもの
で、その要旨とするところは長手方向に延在する連続フ
イラメント群を繊維構成として含む多孔性繊維強化プラ
スチツクを型内連続引き抜き成形法により製造するに当
たり、マトリクスとして水媒体熱硬化性樹脂エマルジヨ
ンを使用し、このエマルジヨンを含浸させた繊維基材を
加熱硬化型に導入する前にゲル化直前まで予備加熱し、
その後加熱硬化型に導入して前記水媒体の蒸発により発
泡させながら硬化成形することを特徴とする多孔性繊維
強化プラスチツクの製造方法にある。

この発明法によれば型内連続引き抜き成形法を利用して
いるからガラススリーブのような高価な繊維基材が不要
であつてまたフイラメントワインデイング法などでは不
可能な連続生産が可能であり、しかもマトリクスとして
水媒体熱硬化性樹脂エマルジヨンを使用しこれをガラス
ローピングのような一般の繊維基材に含浸させて上記エ
マルジヨン中の水分をその硬化成形段階で蒸発、発泡さ
せることによつて成形体に細孔を附与するものであるか
ら、前述の提案法にみられるような発泡剤、低沸点化合
物の使用や樹脂の選定ないし含浸量の制御に苦慮する必
要がない。

さらにこの発明においては硬化成形段階での水分の蒸発
、発泡に先立つて特定の予備加熱処理を施こしているか
ら、得られる多孔性繊維強化プラスチツクの細孔構造を
均一かつ安定なものとし通気性な（・し透水性の安定性
を図ることができる。

このようにこの発明によれば生産性ないし作業性および
価格面での利点に加えて通気性ないし透水性の安定性が
改善された多孔性繊維強化プラスチツクを得ることがで
き、このプラスチツクはまた良好な機械的強度も有し、
半透膜分離装置における半透膜の支持体として有効に機
能させることができる。以下にこの発明を図面に基づい
て説明する。

第１図はこの発明法に使用する型内連続引き抜き装置の
一例を示したもので、図中１はマンドレル、２は樹脂浴
、３は予備加熱型、４は加熱硬化型、５は引き抜き装置
である。この発明においてはまずマンドレル１上にガラ
スローピングのような連続フイラメント群６をマンドレ
ル長手方向に配し、次いでこのフイラメント群６に樹脂
浴２中の水媒体熱硬化性樹脂エマルジヨンを含浸させる
。

マンドレル１上に配する繊維強化材としては上記の連続
フイラメント群６のほかに必要に応じて内層構成材とし
て無機繊維や有機繊維などからなる不識布７を用いて内
面平滑性を与えてもよい。

この不織布７は通気性を保持させるために０．５ｗｒｍ
以下、通常０．１〜０．５Ｔｒｍ程度の厚みにされたも
のがよい。また周方向の強度を強化するためにガラスロ
ーピングやガラステープのような連続フイラメント群８
をマントル周方向に配してもよく、さらに型内成形に一
般に用いられるマツト基材９を外層構成材として用いる
ことができる。マツト基材９は連続的に成形する際の成
形安定性と、通気性を保持したままで平滑な外観を得る
のに好結果を持たらすものである。このようなマツト基
材９としてはガラスマツトおよび有機繊維マツトいずれ
も有効であるが、通気性を良好に保持させるためには有
機繊維マツトの方がより好ましい。

とくにビニロン、ポリエステル製のものが良好である。
一方その見掛け密度は１００〜３００ｔ／ｄ、厚みは０
．１〜２Ｔｒｍの範囲のものが好ましく、見掛け密度が
大きくなりすぎても小さくなりすぎても、また厚みが厚
くなりすぎても薄くなりすぎても成形作業性に悪影響を
およぼす。繊維基材に含浸させる樹脂浴２中の水媒体熱
硬化性樹脂エマルジヨンは樹脂分として一般に市販され
ている不飽和ポリエステル樹脂、エボキシ樹脂、フエノ
ール樹脂などの熱硬化性樹脂を広く適用できる。

しかしエマルジヨンとしたときに繊維基材に対して充分
に含浸しうるだけの低粘度（たとえば２５℃で２００〜
１０００センチボイズ）となしうる樹脂であることが必
要である。不飽和ポリエステル樹脂はこの発明において
もつとも好ましい。

この樹脂には分子末端に水酸基を有するポリエステル樹
脂、分子末端にカルボキシル基を有するポリエステル樹
脂、分子末端にビニル基を有するビニルエステルなど従
来公知の種種のタイプが含まれる。水媒体エマルジヨン
を得るには一般に乳化剤を使用しこれと樹脂分とを剪断
力の強い高速攪拌機で激しく攪拌しながら水を少しづつ
加えてＷ／０型エマルジヨンとするのがよい。

乳化剤としてはポリエチレングリコールアルキルエーテ
ル、ポリエチレングリコールアルキルフエノールエーテ
ル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、親水性高
分子化合物などが挙げられる。乳化剤の使用量は樹脂１
００重量部に対して０．５〜１０重量部以下とするのが
もつとも望ましい。この使用量を多くしすぎると硬化成
形品の特性を損なうおそれがある。このようにしてつく
られるＷ／０型エマルジヨン中の水分含量は２〜５０重
量％、好適には５〜３５重量％であるのがよい。

水の量が少なすぎるとこの水の蒸発、発泡による細孔附
与効果を失ない通気性ないし透水性にすぐれる多孔性繊
維強化プラスチツクを得ることができない。一方多くな
りすぎると得られる多孔性繊維強化プラスチツクの機械
的強度が損なわれる。なお使用する水はとくに精製され
たものである必要はなく、水道水をそのまま使用できる
。

また必要ならこの水中に炭酸アンモニウムのような無機
発泡剤を溶解させて蒸発時の発泡をより効果的に行なわ
せてもよい。次にこのエマルジヨンを含浸させた繊維基
材は予備加熱型３に導びかれゲル化直前まで予備加熱さ
れる。

エマルジヨン中の水分はこの予備加熱段階で全く蒸発、
揮散しないことが望まれるが、一般には初期の含有水分
に対して５０重量％以下の揮散量であれば許される。こ
れより多く揮散させてしまうと目的とする多孔性繊維強
化プラスチツクを得にくくなる。予備加熱の条件は、上
述した水分の揮散を可及的に防止できかつゲル化にまで
至らない範囲で充分な予備加熱を行なえるように、型３
にセツトされた予備加熱ヒータ１０と引き抜き装置５の
引き抜き速度によつて設定するが、通常８０〜１２０℃
の温度でＯ、５〜１０分の加熱時間とすればよい。

なお予備加熱の手段は図示されるような密閉系の予備加
熱型３によらなくとも他の加熱手段を採用しても差し支
えない。しかし水分の揮散を抑制するという観点からは
密閉系の予備加熱型３が好適である。この型３の長さは
一般には２００〜１０００ｗｎ１程度であるが、必要な
らこれより短かくするかもしくは長くしてもよい。この
ようにしてゲル化直前までに予備加熱し、次いで加熱硬
化型４に導入すると、その導入部附近で水媒体がすみや
かに蒸発し、この蒸発により発泡しながら硬化し始めて
型４内を通過する間に完全に硬化する。

蒸発した水分は型４の導入口から系外に放出される。こ
のようにこの発明においてエマルジヨン含浸基材を予備
加熱してゲル化直前までの状態にして加熱硬化型に導入
するという技術的意義は、加熱硬化型内で発泡させなが
ら硬化させる、つまり発泡現象を呈すれば実質的に消泡
することなく（増粘効果により）その発泡伏態を維持し
つつ加熱硬化させることにあり、このことはまた前記の
予備加熱において上記の発泡・硬化を達成しうる増粘状
態となるまで反応を進めておくことが必要であることを
意味しているのである。型４内での硬化条件は、水媒体
の沸点以上にすべきことはもちろんであるが、あまり高
くしすぎると発泡と同時に完全にゲル化して連続成形作
業に支障をきたすおそれがあり、樹脂の種類によつても
異なるが一般的には１００〜１７０℃の温度で０．５〜
１０分程度の条件とすればよい。

温度、時間の設定は型４に配設された加熱ヒータ１１お
よび引き抜き装置５の速度調節により行なえる。なおこ
の場合の型４の長さは通常５００〜１０００種程度であ
るが、もちろんこれより短かくしてもまた長くしても差
し支えない。第３図Ａ−Ｃはかくして加熱硬化型４から
引き抜き装置５によつて連続的に引き抜かれ、最終的に
任意の寸法に切断加工された種々のパイプ伏製品の断面
形伏を示したものである。

これらのパイプ状製品は、いずれも繊維構成として少な
くとも長手方向に延在する連続フイラメント群を含み、
場合によりこのフイラメント群とともに周方向に延在す
る連続フイラメント群、内層構成材としての不織布およ
び外層構成材としてのマツト基材を含むものであつて、
この繊維基材と熱硬化樹脂とが強固に結合一体化された
良好な機械的強度を有し、しかも全体に亘つて均一かつ
安定な細孔構造にされた通気性ないし透水性が高くかつ
これら特性の安定性に非常にすぐれたものである。

一方この方法において予備加熱型３における予備加熱が
不充分であつたり、またこのような予備加熱を全く施こ
さないで直接加熱硬化型４ＶＣ．導入させた場合には、
エマルジヨン中の水分が型４内の導入部附近ですみやか
に蒸発せず系外に放出されにくくなるため、また蒸発に
より発泡してもその発泡伏態を維持しにくくなるなどの
ため、得られるパイプ状製品の細孔構造が不安定となり
、また外観も悪くなるなど、製品価値が著るしく低下し
てしまう。

また予備加熱型３内で充分に予備加熱させた場合でも、
この型３と加熱硬化型４との距離が離れすぎていると、
この間に自然冷却されて予備加熱効果が失なわれてしま
うことがある。

したがつてこの発明の実施に当たり予備加熱型３による
加熱方式を採用するときは、この型３と加熱硬化型４と
の間隔を通常２０〜１００ｒｆｒ１ｎ程度に設定して上
訓のような支障が生じないように配慮するのがよい〜 ところで第２図はパイプ伏の多孔性繊維強化プラスチツ
クを得るために使用するマンドレル１の加熱硬化型４内
における硬化し始める位置にマンドレル１の径が引き抜
き方向側に小さくなる変節点１２を設けた伏態を示した
ものであるが、このようなマンドレル１を使用すると水
分の蒸発による発泡現象がより顕著となつて得られる製
品の通気性ないし透水性を一層大きくできる利点がある
。

これと同様の効果は、マンドレル１に変節点１２を設け
る代りにあるいは設けるとともに、加熱硬化型４の型自
体に改良を加えてそのマンドレル挿入路の径に同様の変
節点を設けた場合でも得ることができる。なお変節点に
おける径の変化は５〜２０％が適当でありあまり大きく
しすぎるとパイプ伏製品の成形が困難となる。この発明
の多孔性繊維強化プラスチツクの製造法は上述したパイ
プ伏製品に限定されるものではなく、前記の引き抜き装
置においてマンドレル１を全く使用しないで同様の硬化
成形法を採用することにより、第３図Ｄ，Ｅに示される
ような断面形状を有する異型状、板状などの製品をも得
ることができる。

この場合の繊維構成としては内層構成材としての不織布
が不要である以外は前記とほとんど変らない。以上詳述
したとおり、この発明法により得られる多孔性繊維強化
プラスチツクは高い通気性ないし透水性を有しかつその
安定性にすぐれ、しかも繊維強化プラスチツクとしての
良好な機械的強度を具備しており、半透膜分離装置にお
ける支持体として非常に好適であり、また一般の炉材と
しても利用できる。

さらに上記の特性に加えて防音性、断熱性などの特性に
もすぐれているため、これら特性を活かした各種の工業
材料として応用することもできる。以下にこの実施例を
記載する。

実施例 １ 市販の不飽和ポリエステル樹脂（スチレン含有量３０〜
４０重量（ｆｌ））５０００ｆに硬化促進剤としてベン
ゾイルパーオキサイドのペースト状物１００７を加えて
よく溶解させこれに乳化剤（日本油脂社製デイスパノー
ルＴＯＣ）５０ｆを加えて高速攪拌しながらさらに５０
０ｙの水を徐々に加えてＷ／０型エマルジヨンを調整し
た。

このエマルジヨンを使用して前述した第１図に示される
引き抜き装置によりパイプ状の多孔性繊維強化プラスチ
ツクをつくつた。

なおマンドレルの径は１３Ｔｒｍであり、このマンドレ
ルの長手方向にガラスローピング（日本碍子繊維社製Ｅ
Ｒ２３ｌＯ）４０本を配し、さらに周方向にガラスロー
ピング（日東紡社製ＲＳ８８Ｏ）１本を１００ｒ．ｐ．
ｍの回転速度で巻き付けた。周方向のガラスローピング
にも前記のエマルジヨンを含浸させるために密閉型の回
転用樹脂タンクを設けた。外層構成材としては厚み１．
０Ｔｒｍのテトロンマツト（日本バイリーン社製、１０
０７／ｄの番手で９０Ｔｒｒｍ幅）を用いた。また予備
加熱型は長さ５００７ｍ、内径１７ＴＷ１に加工したも
のを使用し、１００℃に温調した。

加熱硬化型は長さ１０００ｗｒ！ｎ、内径１７ｗｔｍに
加工したものを使用し、１３０℃に温調した。両型の距
離は５０Ｗｆｆ１であり、引き抜き速度は２００ｒｍｒ
Ｌ／分とした。このようにして得られたパイプ伏の多孔
性繊維強化プラスチツクは内径１３ｍ、外径１７ｗＬ、
肉厚２ｗｎで均一かつ安定した細孔構造を有していた。

このプラスチツクパイプの透水試験ないし強度試験を行
なつたところ、透水性は１０ｄ／イ・Ｄａｙ（１気圧）
，４０ｒｒ１／ｄ・Ｄａｙ（５気圧）、圧壊強度は１５
ｋｆ／Ｍｉｌ、バースト圧（耐水圧試験）は２００〜２
５０気圧であつた。次にこのプラスチツクパイプに逆浸
透用半透膜を挿入して実際に分離特性を調べたところ、
４２蛇／ｄの運転条件下で、従来の穿孔型支持体に較べ
て約１０〜２０％の透水量の増加が認められた。

実施例 ２実施例１で調製したＷ／０型エマルジヨンを
使用し以下の成形条件でパイプ伏の多孔性繊維強化プラ
スチツクをつくつた。

まずマンドレルは変節点のある第２図に示されるような
形状のものを使用し、１３．３ｗｎから１３．０７ｍに
変化させた変節点を加熱硬化型の導入口から７５ｍの位
置に設けた。このマンドレルの長手方向にガラスローピ
ング（日本碍子繊維社製ＥＲ２３ｌＯ）２０本を配し、
内層構成材として厚み０．１５ｍのガラスペーパー（日
東紡社製、２０ｔ／ｄの番手で４０７ｍ幅）を、外層構
成材として厚み０．５Ｔｍのビニロンマツト（東レ社製
、１００ｔ／ｄの番手で７０Ｔｍ幅）を用いた。また予
備加熱型は長さ５００Ｔｆｔ！ｎ、内径１６Ｔｆｒｍに
加工したものを使用し、９０℃に温調した。

加熱硬化型は長さ５００ｗｎ、内径１５ｔ！Ｒｌｎに加
工したものを使用し、１２０℃に温調した。両型の距離
は３０ｍであり、引き抜き速度は３００ｍ／分とした。
このようにして得られたパイプ状の多孔性繊維強化プラ
スチツクは内径１３ｒｆｒ！ＲＬｌ外径１５ｆｆ１ＦＦ
！、肉厚１Ｔｍで均一かつ安定した細孔構造を有してい
た。

このプラスチツクパイプの透水性は５０ｄ／ｄ・Ｄａｙ
（１気圧）であり、圧壊強度は１２ｋｆ／ｍ！ｌ、バー
スト圧は１３０〜１５０気圧であつた。このプラスチツ
クパイプを逆浸透用半透膜の支持体として実施例１と同
様にして分離特性を調べたところ、従来の穿孔型支持体
に較べて約１０〜２０％の透水量の増加が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明法の実施に使用する連続引き抜き装置
の一例を示す概要図、第２図はパイプ伏の多孔性繊維強
化プラスチツクを得るために使用するマンドレルの一例
を示す側面図、第３図Ａ〜Ｅはこの発明法により得られ
る多孔性繊維強化プラスチツクの異なる例を示す断面図
である。 ３・・・予備加熱型、４・・・加熱硬化型、６・・・長
手方向に延在する連続フイラメント群、７・・・内層構
成材としての不織布、８・・・周方向に延在する連続フ
イラメント群、９・・・外層構成材としてのマツト基材
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長手方向に延在する連続フィラメント群を繊維構成
   として含む多孔性繊維強化プラスチックを型内連続引き
   抜き成形法により製造するに当たり、マトリクスとして
   水媒体熱硬化性樹脂エマルジョンを使用し、このエマル
   ジョンを含浸させた繊維基材を加熱硬化型に導入する前
   にゲル化直前まで予備加熱し、その後熱硬化型に導入し
   て前記水媒体の蒸発により発泡させながら硬化成形する
   ことを特徴とする多孔性繊維強化プラスチックの製造方
   法。 ２ 繊維構成として周方向に延在する連続フィラメント
   群を含む特許請求の範囲第１項記載の多孔性繊維強化プ
   ラスチックパイプの製造方法。 ３ 繊維構成のうち外層構成材としてマット基材を含む
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の多孔性繊維強
   化プラスチックの製造方法。 ４ マット基材がビニロン、ポリエステルなどの有機繊
   維マットからなる特許請求の範囲第３項記載の多孔性繊
   維強化プラスチックの製造方法。 ５ マット基材が見掛け密度１００〜３００ｇ／ｃｍ＾
   ２、厚み０．１〜２ｍｍである特許請求の範囲第３項ま
   たは第４項記載の多孔性繊維強化プラスチックの製造方
   法。 ６ 多孔性繊維強化プラスチックがパイプ状であり、そ
   の繊維構成のうち内層構成材として不織布を含む特許請
   求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の多孔性
   繊維強化プラスチックの製造方法。 ７ 水媒体熱硬化性樹脂エマルジョンの樹脂分が不飽和
   ポリエステル樹脂である特許請求の範囲第１項ないし第
   ６項のいずれかに記載の多孔性繊維強化プラスチックの
   製造方法。 ８ 水媒体熱硬化性樹脂エマルジョンの水分含量が２〜
   ５０重量％である特許請求の範囲第１項ないし第７項の
   いずれかに記載の多孔性繊維強化プラスチックの製造方
   法。 ９ 予備加熱時の水分揮散量が５０重量％以下に抑えら
   れた特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記
   載の多孔性繊維強化プラスチックの製造方法。 １０ 予備加熱手段として加熱硬化型と同様の構造を有
   する予備加熱型を使用した特許請求の範囲第１項ないし
   第９項のいずれかに記載の多孔性繊維強化プラスチック
   の製造方法。 １１ 予備加熱型の加熱条件が８０〜１２０℃で０．５
   〜１０分である特許請求の範囲第１０項記載の多孔性繊
   維強化プラスチックの製造方法。 １２ 加熱硬化形の加熱条件が１００〜１７０℃で０．
   ５〜１０分である特許請求の範囲第１項ないし第１１項
   のいずれかに記載の多孔性繊維強化プラスチックの製造
   方法。