JP2984021B2 - 繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体及びその製造方法 - Google Patents

繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体及びその製造方法

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JP2984021B2
JP2984021B2 JP2106423A JP10642390A JP2984021B2 JP 2984021 B2 JP2984021 B2 JP 2984021B2 JP 2106423 A JP2106423 A JP 2106423A JP 10642390 A JP10642390 A JP 10642390A JP 2984021 B2 JP2984021 B2 JP 2984021B2
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    • G02B6/44Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は高い抗張力性と可撓性を合せもち、非金属性
の光ファイバのテンションメンバーや光コード等として
好適な繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体及びその製造方
法に関する。
《発明の背景》 近年、通信用ケーブルの無誘導化や、軽量化が重要視
され、メタリック型のケーブルからノンメタリック型の
ケーブルへの移行の動きは大きく、その結果、テンショ
ンメンバーとして、ガラス繊維や、アラミド繊維を補強
用繊維とした繊維強化熱硬化性樹脂製(以下FRPと称
す)棒状物が多く使用されるようになった。
ところが、メタリック型テンションメンバー(鋼線,
鋼撚線)の引張性能に匹敵する性能を有するFRP棒状物
を考えると、必然的にその外径も大きなものとなり、そ
の結果、必要以上に剛性の高いケーブルになり、取扱い
性の点で大きな問題があった。
そこで、直線状に硬化したFRP棒状物を複数本撚合せ
ることで引張性能を維持しながら、可撓性を得ることを
検討したが、撚線を構成するストランドが反発し合って
撚がばらけやすく、安定した撚り状態が得られなかっ
た。
また、撚線を製造する際には、ストランドとして硬化
したFRP線をボビンに巻いて回転しながら供給する必要
があるが、撚工程が複雑となりコスト高を招来する。
一方、FRP製ロープ状物を得るために、補強繊維に未
硬化状熱硬化性樹脂を含浸して所定の外径に成形した
後、これを熱可塑性樹脂によって被覆した複合ストラン
ドを得、これを撚工程で燃合せた後に硬化する方法が公
知である。
しかし、この複合ストランドによる従来のロープ状物
の製造方法では、未硬化状の複合ストランドの製造と、
撚合せ及び硬化の工程が別工程で行なわれるため、未硬
化状熱硬化性樹脂の貯蔵安定性の問題や、ドラム,ボビ
ン等に巻取る工程で複合ストランド中での補強繊維の片
寄りや乱れが発生し、硬化後の物性が低下するなどの問
題があった。
そこで、本発明者らは、上述の問題が克服できる構造
及び方法、すなわち撚構造による可撓性を具備し、かつ
撚の安定性,生産性,高強度性を有するFRP製撚構造体
の構成およびその製造方法を鋭意検討して本発明を完成
した。
《発明の構成》 上記目的を達成するために、本発明の繊維強化熱硬化
性樹脂製撚構造体は、中心に配置された線条物と、この
線条物の外周に所定のピッチで同一方向に撚合された複
数本の外周ストランドと、この外周ストランドの外周に
施された熱可塑性樹脂の被覆層とを有する撚構造体であ
って、前記線条物は、繊維強化合成樹脂を硬化させたも
のを含み、前記外周ストランドは、補強用繊維素材に未
硬化状熱硬化性樹脂を含浸して、その外周を前記熱硬化
性樹脂の硬化温度より高い軟化点を持つ熱可塑性樹脂で
被覆した未硬化性複合ストランドを前記線条物に撚合さ
れてから、前記熱硬化性樹脂を硬化したものであり、前
記ピッチを前記外周ストランドの熱可塑性樹脂被覆層を
除く外径の25倍以上にしてなることを特徴とする。
また、本発明の撚構造体の製造方法は、外周ストラン
ドの所要本数に応じて、長繊維状補強繊維に未硬化状の
熱硬化性樹脂を含浸し、これを所定形状に成形して未硬
化状線条物とし、この後に、前記未硬化状線条物を溶融
押出機のダイ部に挿通して、各々の外周を熱可塑性樹脂
で環状に被覆し、しかる後該被覆層を直ちに冷却して内
部が未硬化状の複合状外周ストランドとなし、これを芯
ストランドとして供給する硬化した繊維強化合成樹脂製
線条物の外周に所定の撚ピッチで撚合せた後、その外周
を熱可塑性樹脂で被覆し、しかる後硬化して巻取ること
を特徴とする。
なお、環状とは、外周を継目なく囲った状態をいう。
本発明の線条物あるいは外周ストランドに使用できる
補強用繊維素材は、抗張力性を有するものであれば特に
その種類を問わないが、連続繊維状のガラス繊維,芳香
族ポリアミド繊維,カーボン繊維などや、ナイロン,ポ
リエステル,ビニロンなどの合成繊維があげられる。繊
維の含有率は、概ね50〜75vol%、より好ましくは55〜7
0vol%である。また、線条物の合成樹脂は硬化性樹脂あ
るいは熱可塑性樹脂の何れであってもよく、外周ストラ
ンドの熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステルが一
般的であるが、エポキシ樹脂,フェノール樹脂などであ
ってもよい。
前記補強繊維素材に未硬化状熱硬化性樹脂を含浸させ
たものの外周を被覆する熱可塑性樹脂は、溶融押出によ
る被覆が容易なものであれば特にその種類を問わない
が、一般的には、柔軟性,耐低温物性、経済性などから
ポリエチレン系の樹脂や柔軟性の樹脂としてポリアミド
樹脂が推奨される。
中心に配置した線条物の外周に撚合せる外周ストラン
ドの撚ピッチは、強力保持率などの物性を維持するため
に、外周に使用する複合ストランドの熱可塑性樹脂被覆
層を除いた未硬化状線条物の外径の25倍以上にしなけれ
ばならない。25倍未満では耐曲げ性がなく、可撓性に乏
しいものとなるとともに、25倍未満では引張弾性率が複
合ストランドを直線状で硬化したものの80%以下である
4,000kg/mm2以下となって繊維強化樹脂による強度への
寄与が減殺される。
中心に配置する線条物の形態は、特に問わないが、撚
構造体を光ファイバ担持用スペーサの抗張力線として使
用する場合には、中実の繊維強化合成樹脂製線条物が好
適である。また光ファイバ用パイプとして使用するとき
は繊維強化合成樹脂層を含むパイプ状物、鎧装型光ファ
イバケーブルとして使用する場合は光ファイバ例えは、
光ファイバ素線,心線あるいはユニットなどの外周に繊
維強化合成樹脂被覆を一体として形成した線条物が好ま
しい。
繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体を製造するに際して
は、未硬化状の複合状外周ストランドを製造する方法
は、本出願人による先願の特公昭51−43501による方法
を基本として、得ようとする撚構造体の外周ストランド
数分だけ同時に熱可塑性樹脂によって被覆し、該被覆層
を直ちに冷却した後、その直後に撚工程に入る。
撚合せは、ボビンなどに巻付けられ、回転撚機に同調
して回転可能に供給される中心となる線条物、およびそ
の外周に撚合せる外周ストランドを、まずガイドに通
し、ガイドと回転撚機の間に配置した加熱硬化槽中で撚
合せながら硬化する。あるいは硬化槽外で撚合わせた後
に硬化槽で硬化してもよい。
硬化は、複合ストランドの前記熱可塑性樹脂被覆層の
軟化点以下の温度でなされることが、硬化後の撚構造体
に充分な可撓性を与える点で好ましい。
撚合せに際しては外周ストランドの撚合せ時のテンシ
ョンTを、各外周ストランドに使用する補強繊維の単位
重量W(g/m)に対して T≧(9000×W×0.05)×1/3(g) とすることが硬化後の繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体
の引張弾性率や引張強力などの物性を向上させる点から
好ましい。
また、撚構造体の外周に熱可塑性樹脂被覆を撚線の硬
化後に行なう場合であって、撚線の硬化に液状の熱媒体
を使用するときには、撚線の複合ストランド間に液体が
入り、この液体が残存した状態で熱可塑性樹脂被覆を行
なうと、液体が沸騰するなどして被覆表面に凹凸を生ず
るなどの障害が発生する場合がある。
この点から、撚線の硬化に熱湯などの液状熱媒体を使
用する場合には、未硬化状複合ストランドの撚合せ後、
硬化前に撚構造体の外周に熱可塑性樹脂被覆を施し、し
かる後内部の未硬化状樹脂を硬化することが望ましい。
《実 施 例》 以下、本発明の好適な実施例について添付図面を参照
にして詳細に説明する。
実施例1 本実施例は、第1図に断面を示す繊維強化撚構造体1
を得るものであって、撚構造体1は、中心部に配置され
た線条物2と、この線条物2の外周に150mmの撚りピッ
チで、同一方向に撚合された6本の外周ストランド3,3
……とを有しており、撚構造体1の外周には被覆層4が
施されている。
線条物2は、補強繊維5としてEガラスロービング
(日東紡績製,RS28,280テクス)を11本使用し、この補
強繊維5に未硬化の熱硬化性樹脂(三井東圧化学製,エ
スターH−8100)を含浸して外径1,6mmに絞り成形し、
その外周に低密度ポリエチレンの被覆層6を施した後、
145℃の温度で前記熱硬化性樹脂を硬化させ、しかる後
に、被覆層6の外径を2.2φに整形したものである。
外周ストランド3は、補強繊維7として上記と同じも
のを12本と、1本のガラスケーキ(日本電気ガラス製,8
0テクス)とを併用して(補強繊維の単位重量3.44g/
m)、この補強繊維7に未硬化の熱硬化性樹脂(三井東
圧化学製,エスターH−8100)を含浸して外径を1.7mm
に絞り成形し、その外周に低密度ポリエチレンで外径2.
2mmの被覆層8を施した未硬化状複合ストランド9を使
用した。
撚構造体1の製造工程を第2図に示している。
撚構造体1の製造では、上記線条物2を捲回したボビ
ン10を10r.p.mで回転させながら、線条物2がガイド11
の中央孔に供給され(テンション約1.5kg)、6個のネ
ルソン型ローラーで引取られた6本の未硬化状複合スト
ランド9をガイド11に設けられた6個の外周孔にそれぞ
れ供給し(テンション約2.0kg)、硬化槽13に導入した
後線条物2と6本の複合ストランド9とを10r.p.mで回
転している回転引取機14で引取り、未硬化状複合ストラ
ンド9を熱可塑性樹脂被覆を除く外径1.7mmの約88倍で
あるピッチ150mmで撚合せつつ100℃で硬化させた。
このときの引取速度は1.5m/minとし、熱硬化性樹脂が
硬化させられた撚構造体1は、引取機14と同一方向に同
一回転数で回転している巻取機15に巻取った。
そして、巻取った撚構造体1の外周に、図外の押出機
によりポリエチレンで被覆層4を施しシース外径を7.5m
mとした。
なお、第2図に示した製造工程は、外周ストランド3
の製造に引続いて撚構造体1を得る場合を示しており、
補強繊維7を巻回したボビン30、繰出された補強繊維7
を整列させるガイド部材31、熱硬化性樹脂が収容された
含浸槽32、樹脂の含浸量を調整する絞り装置33、被覆層
8を形成する押出機34、被覆層8を冷却する冷却槽35、
複合ストランド9を引取る引取りローラー36が、ガイド
11の前段に配置されている。
また、第2図に示す符号37の装置は、乾燥機である。
なお、第2図(A)の押出機35と硬化槽13の間は、理解
を容易にするため各ストランド間の間隔を拡げて図示し
ている。
実施例2 本実施例は、第3図に断面を示す繊維強化撚構造体1a
を得るものであって、撚構造体1aは、中心部に配置され
た線条物2aと、この線条物2aの外周に150mmの撚りピッ
チで、同一方向に撚合された6本の外周ストランド3,3
……とから構成されている。
線条物2aは、第4図に製造工程を示すように、ポリカ
ーボネイト樹脂(帝人化成製,パンライト,K−1300)に
て、外径2.0φ、内径1.4φに成形したパイプ16を供給
し、紫外線硬化型不飽和ポリエステル樹脂(ポリカーボ
ネイト樹脂と接着性を有する)槽17に通して、該樹脂を
含浸させたガラス繊維(日本電気硝子製、ER−280F−18
5,280テクス)18の12本をパイプ16の外周に沿わせて絞
りガイド19に挿通し、外径を2.5φに成形して紫外線照
射装置20にて硬化させて巻取ったものである。
撚構造体1aは、第2図に示した工程と同じ装置類を使
用し、パイプ状線条物2aを中心に、実施例1と同じ構成
の6本のストランド3をその外周に配置して撚りピッチ
150mmで撚合せつつ100℃で硬化して巻取った後、被覆層
4を施した。
実施例3 本実施例は、第5図に断面を示す繊維強化撚構造体1b
を得るものであって、撚構造体1bは、中心部に配置され
た線条物2bと、この線条物2bの外周に後述する外周スト
ランドの熱可塑性樹脂被覆を除く外径である1.3mmに対
して約115倍である150mmの撚りピッチで、同一方向に撚
合された6本の外周ストランド3,3……とから構成され
ている。
線条物2bは、シリコン被覆された0.4φ径の光ファイ
バ21の外周に、熱硬化性樹脂で補強繊維を一体的に結着
したFRP層22を施して、外径1.0φにし、FRP層22の外周
にポリエチレン被覆層23を施して、最終外径を1.8φに
したものである。
外周ストランド3aは、補強繊維7aとしてガラスロービ
ング(日東紡績製品,RS28,280テクス)7本と、80テク
スガラスケーキ1本とを併用し(補強繊維の単位重量2.
04g/m)、この補強繊維7aに未硬化の熱硬化性樹脂(三
井東圧化学製,エスターH−8100)を含浸して1.3φに
絞り成形し、その外周に低密度ポリエチレンの被覆層8a
を施して1.7φに成形したものである。
撚構造物1bの製造方法としては、実施例1と同じ装置
類を使用し、線条物2bのガイド11への供給テンションを
1.5kgとし、外周ストランド3aの供給テンションは900g
にした。
そして、撚構造体1bの外周には、最終外径が6.0φと
なる被覆層4を形成した。
以上の実施例1〜3の撚構造体の構成および得られた
撚構造体の物性値を以下の表にまとめて示している。
なお、実施例1において、外周ストランドの熱可塑性
樹脂被覆層を除く外径に対する撚りピッチを、25倍,40
倍,50倍としたときの撚構造体の引張弾性率は、それぞ
れ4,100,4,400,4,550kg/mm2であるのに対して、20倍の
ときは3,900kg/mm2であった。
実 験 1 複合状外周ストランド中のFRP未硬化状線条物を硬化
させる際の温度が撚構造体の物性に与える影響を調べる
ために、硬化条件及び一次被覆層の熱可塑性樹脂材料を
種々変えてサンプルを作成した。
硬化は、シリコンオイルを満した槽を通過させること
により行った。
まず、中心に配置する線条物として、補強繊維として
ガラスローピング(日東紡績製、RS28,280テクス)を13
本使用し、この補強繊維を未硬化状の不飽和ポリエステ
ル樹脂(三井東圧化学製:エスターH−8100)及び硬化
用過酸化物触媒を混合した樹脂浴に導き、樹脂を補強繊
維に含浸し、しかる後外径1.7mmに絞り成形した後、こ
れをクロスヘッドダイに挿通して、直鎖状低密度ポリエ
チレン(日本ユニカー製:MG211)にて被覆を施した後、
145℃の蒸気槽中で前記不飽和ポリエステル樹脂を硬化
させて外径2,2mmの複合線条物を得た。
一方、複合状外周ストランドとして、補強繊維及び熱
硬化性樹脂、外径寸法は前記線条物と同一とし、この未
硬化状物の外周を被覆する樹脂を、軟化点の異なる直鎖
状低密度ポリエチレン及びナイロン12による被覆のもの
とした。
実施例1と同様に中心に配置する前記線条物を供給す
る一方、前記の各複合状外周ストランドをそれぞれ供給
して1×7タイプの撚構造体とすべく回転引取機を回転
しながらピッチ260mmに撚合せし、これと連続する硬化
工程の硬化温度及び硬化槽内の滞留時間を変化させる実
験を行った。
得られた外周ストランドの被覆あるいは硬化条件の異
なる各サンプルにつき、曲げ剛性を次の方法で測定し
た。
まず、各サンプルを400mmの長さに切断し、これを250
mm直径の半円状に曲げるに要する力を台秤にて測定し
た。
また、外周ストランドにおいて、FRP素線と被覆樹脂
層との接着の度合について、接着強度測定用サンプルと
して1本の外周ストランドを上記の撚構造体の硬化条件
で硬化し、これをサンプルとして、被覆層の端部側約60
mmについて被覆を剥ぎ、この残部約50mmにカッターによ
り切込みを長手方向に入れ、裸状のFRP部分および上記
の剥いだ被覆の部分をそれぞれ引張試験機のチャックに
把持して50mm/分の速度で引っ張って、被覆層をFRP素線
から剥離させるに要する力、すなわち180゜引張剥離試
験を行なった。
以上の実験条件及び結果をまとめて第2表に示す。こ
れらの結果より、撚構造体の硬化にあたっては、外周ス
トランドの熱可塑性樹脂の軟化点近傍を境界にして曲げ
剛性、及び接着強力が変化することから、より可撓性に
富む撚構造体を望む場合は、被覆層の樹脂の選択及び硬
化条件を配慮すればよいことがわかった。
《発明の作用・効果》 以上、実施例で詳細に説明したように、本発明に係る
撚構造体および製造方法では、外周ストランドの熱硬化
性樹脂が未硬化の状態で、その熱可塑性樹脂被覆層を除
く外径の25倍以上の撚りピッチで撚合せて、この後に該
樹脂を硬化させるので、外周ストランドの反発、バラケ
がない安定した撚り状態が得られる。加えて、外周スト
ランドの熱可塑性樹脂被覆の軟化点が熱硬化性樹脂の硬
化温度よりも高いので、芯ストランド外周に複合状外周
ストランドを撚合せ、硬化させる際に各々の外周ストラ
ンド同士が融着せず、得られる撚構造体の可撓性を高め
ることができる。
また、撚構造体の全体を熱可塑性樹脂により被覆して
いるので、さらに耐曲げ性が向上できる。
一方、本発明の方法によれば、所要ストランド本数の
未硬化状複合ストランドの製造に連続して、これらを所
定の条件で撚合せるので上記の高物性の撚構造体が得ら
れ、複合ストランドの製造と撚工程、その後の硬化工程
等に分けていた従来の方法に比べて著しく工程の合理化
が図られ、また、多工程に分けた場合の未硬化状複合ス
トランドの貯蔵安定性や、物性の低下などの問題も克服
できる。
なお、上記の本発明による撚構造体は、そのままで、
あるいは二次被覆して光ファイバケーブルの要素として
使用される光ファイバ担持用スペーサのテンションメン
バーとして使用され、また、請求項2の撚構造体では、
パイプ状の線条物中に光ファイバを挿通した光ファイ
バ、あるいは請求項3の撚構造体は、高い抗張力と可撓
性を有する鎧装型の光ファイバコードとして屋外線,屋
内線,などとして使用できるなど、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、本発明の第1実施例を示してお
り、第1図は撚構造体の第1実施例を示す断面図、第2
図は同撚構造体の製造方法の工程説明図である。 第3図および第4図は、本発明の第2実施例を示してお
り、第3図は撚構造体の第2実施例を示す断面図、第4
図は同撚構造体で用いる線条物の製造工程を示す説明
図、第5図は本発明の第3実施例に係る撚構造体の断面
図である。 1,1a,1b……撚構造体 2,2a,2b……線条物 3,3a……外周ストランド 4……被覆層
フロントページの続き (72)発明者 内藤 稔 岐阜県岐阜市藪田579―1 宇部日東化 成株式会社岐阜研究所内 (56)参考文献 実願 昭59−116060号(実開 昭61− 33899号)の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム (JP,U)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心に配置された線条物と、この線条物の
    外周に所定のピッチで同一方向に撚合された複数本の外
    周ストランドと、この外周ストランドの外周に施された
    熱可塑性樹脂の被覆層とを有する撚構造体であって、 前記線条物は、繊維強化合成樹脂を硬化させたものを含
    み、前記外周ストランドは、補強用繊維素材に未硬化状
    熱硬化性樹脂を含浸して、その外周を前記熱硬化性樹脂
    の硬化温度より高い軟化点を持つ熱可塑性樹脂で被覆し
    た未硬化状複合ストランドを前記線条物に撚合されてか
    ら、前記熱硬化性樹脂を硬化したものであり、 前記ピッチを前記外周ストランドの熱可塑性樹脂被覆層
    を除く外径の25倍以上にしてなることを特徴とする繊維
    強化熱硬化性樹脂製撚構造体。
  2. 【請求項2】前記線条物は、繊維強化合成樹脂製のパイ
    プ状物であることを特徴とする請求項1記載の繊維強化
    熱硬化性樹脂製撚構造体。
  3. 【請求項3】前記線条物は、光ファイバの外周を繊維強
    化熱硬化性樹脂で被覆された強化光ファイバであること
    を特徴とする請求項1記載の繊維強化熱硬化性樹脂製撚
    構造体。
  4. 【請求項4】外周ストランドの所要本数に応じて、長繊
    維状補強繊維に未硬化状の熱硬化性樹脂を含浸し、これ
    を所定形状に成形して未硬化状線条物とし、この後に、
    前記未硬化状線条物を溶融押出機のダイ部に挿通して、
    各々の外周を熱可塑性樹脂で環状に被覆し、しかる後該
    被覆層を直ちに冷却して内部が未硬化状態の複合状外周
    ストランドとなし、これを芯ストランドとして供給する
    硬化した繊維強化合成樹脂製線条物の外周に所定の撚ピ
    ッチで撚合せた後、その外周を熱可塑性樹脂で被覆し、
    しかる後、前記外周ストランドの前記熱可塑性樹脂被覆
    層の軟化点以下の温度で硬化して巻取ることを特徴とす
    る繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体の製造方法。
  5. 【請求項5】前記撚合わせにおいて、各外周ストランド
    のテンションTが各外周ストランドに使用する補強繊維
    の単位重量W(g/m)に対して T≧(9000×W×0.05)/3(g) の関係式を満足してなることを特徴とする請求項4記載
    の繊維強化熱硬化性樹脂製撚構造体の製造方法。
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