JPH07117178B2 - 複合管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、樹脂層が連続繊維で強化されると共に強化層
が積層された複合管に関する。

（従来の技術） 樹脂製管は、金属製管と比較して軽量であって錆びない
等の優れた特性を有しており広く用いられている。しか
し、この樹脂製管は、耐圧性および耐衝撃性において金
属製管に劣っている。そこで、これらの樹脂製管に耐圧
性および耐衝撃性をもたせたものとして、熱可塑性樹脂
管の外周に連続繊維で強化された樹脂の強化層を設けた
複合管が提案されている。例えば、特開昭59−47590号
公報および特公昭62−773号公報には、熱可塑性樹脂管
の外周に連続繊維で強化された熱硬化性樹脂の強化層を
設けた複合管が開示され、特開昭63−152786号公報に
は、熱可塑性樹脂管の外周に連続繊維で強化された熱可
塑性樹脂の強化層を設けた複合管が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来の複合管では、単に内層の熱可塑性樹
脂管又は熱硬化性樹脂管の外周に連続繊維で強化された
熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の強化層を設けたもので
あるため、内層の熱可塑性樹脂管と強化層との線膨張率
の差が大きいと、このような複合管に温水を流した場合
あるいは高温下で使用した場合、内層の熱可塑性樹脂管
と強化層との界面に剥離が発生し易いという問題点があ
った。

本発明は、上記問題点を解決するためなされたものであ
り、その目的とするところは、耐圧性および耐衝撃性に
優れ、かつ、温水を流した場合あるいは高温下で使用し
た場合に、内層の熱可塑性樹脂管と強化層との界面が剥
離し難い複合管を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明における複合管は、管の長手方向に沿って配置さ
れた連続繊維材が管壁内に埋設されて形成された内層の
熱可塑性樹脂管の外周に、連続繊維で強化された樹脂の
強化層が設けられてなることを特徴とする複合管であ
る。

内層の熱可塑性樹脂管に用いられる熱可塑性樹脂は、管
状に押出形成可能なものであれば特に限定されず、管の
使用目的に適した熱可塑性樹脂が使用される。例えば、
ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリエチレ
ン、ポリピロピレン、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等が挙げられる。こ
れら熱可塑性樹脂は単独あるいは複数の混合物として用
いられてもよい。また、熱安定剤、可塑剤、滑剤、酸化
防止剤、紫外線吸収剤、顔料、無機充填剤、強化繊維等
の添加剤、充填剤、加工助剤、改質剤等が加えられても
よい。

上記熱可塑性樹脂管に埋設される連続繊維材としては、
ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、又はアラミド繊維若
しくはビニロン等の合成繊維等の、使用する熱可塑性樹
脂よりも線膨張率の小さな繊維材が用いられる。

また、上記連続繊維材が、多数のフィラメントより構成
される場合には、フィラメント間に熱可塑性樹脂が充分
に含浸した状態で埋設されていることが、管の水密性、
および、連続繊維材と熱可塑性樹脂との接着性を高める
点で好ましく、樹脂との接着性を高めるためにあらかじ
めフィラメント間に熱可塑性樹脂が含浸される等の表面
処理が施された連続繊維材を用いるのが好ましい。この
場合、あらかじめ連続繊維材に含浸される熱可塑性樹脂
は、前記内層の熱可塑性樹脂管を構成する熱可塑性樹脂
と同一である必要は特になく、互いに相溶性が高く融着
可能な熱可塑性樹脂であればよい。ここで述べる融着可
能とは、双方の樹脂を溶融状態になるまで加熱したうえ
で圧着し、冷却後融着した界面が容易に破断しない状態
をいう。

フィラメント間に熱可塑性樹脂を含浸させて連続繊維材
を得る方法は、多数のフィラメントより構成されるロー
ビング状もしくはストランド状の連続繊維材を（ｉ）粉
体状熱可塑性樹脂の流動床中を通過させる方法、（ii）
粉体状熱可塑性樹脂を分散した液体の槽中を通過させた
後乾燥する方法により粉体状熱可塑性樹脂をフィラメン
ト間に含浸した後に溶融温度以上に加熱して繊維と樹脂
を一体化せしめる方法が好適に採用される。また、溶融
温度が低い樹脂の場合には、上記連続繊維材を溶融樹脂
の槽中に浸漬する方法で含浸させることも可能である。

上記熱可塑性樹脂管の外周に設けられる強化層は、押出
形成された管の長手方向に連続繊維材が埋設された内層
の熱可塑性樹脂管の外周に、樹脂が含浸された連続繊維
強化材を一層あるいは多層巻回した後、樹脂を硬化ある
いは溶融一体化することにより得られる。

上記強化層に用いる連続繊維強化材は、上記熱可塑性樹
脂管に埋設される連続繊維材と同じものが例示される。
この強化層の連続繊維強化材の含浸に用いる樹脂として
は、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、イミド樹脂等
の熱硬化性樹脂、あるいは前記の熱可塑性樹脂管の成形
に用いられたポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、
ポリエチレン、ポリピロピレン、ポリスチレン、ポリア
ミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。強化層に用いる樹
脂を、内層の熱可塑性樹脂管に用いる熱可塑性樹脂と相
溶性が高く融着性の良い熱可塑性樹脂とし、強化層を内
層の熱可塑性樹脂管の外周に融着させた状態で設けるこ
とにより、熱可塑性樹脂管と強化層との接着性が高く、
信頼性に優れた複合管が得られる。

融着した強化層を設ける方法としては、熱可塑性樹脂が
含浸された連続繊維強化材を内層の熱可塑性樹脂管に加
熱しながら巻回する方法、巻回した後に加熱手段により
連続繊維強化材および内層の熱可塑性樹脂管を加熱し互
いを融着する方法等が採用される。

連続繊維材および強化層の連続繊維材強化が多数のフィ
ラメントより構成される連続繊維である場合には、フィ
ラメント間に樹脂が充分含浸した状態であることが高い
補強効果および水密性に優れた複合管が得られる点で好
ましい。

連続繊維強化材の含浸樹脂として熱硬化性樹脂を用いる
場合には、多数のフィラメントより構成されるロービン
グ状もしくはストランド状の連続繊維を液体状の熱硬化
性樹脂の水槽中に浸漬する方法で得られ、また、樹脂と
して熱可塑性樹脂を用いる場合には上述の連続繊維材を
含浸するのとおなじ方法で得られる。

以下、本発明の複合管を製造する方法を第１図〜第４図
に基づいて説明する。

第１図は、本発明にかかる複合管の断面図である。この
図において、１は複合管であり、この複合管１は長手方
向に連続繊維材２が埋設された芯材となる内層の熱可塑
性樹脂管３と連続繊維強化材から形成された強化層４と
から構成されている。

第２図において、押出機11に連結されたクロスヘッドタ
イプのパイプ用金型12の後方より連続繊維材２を樹脂流
路13内に導入し、押出機11により押し出される熱可塑性
樹脂内に連続繊維材２を埋設し、管状に成形することに
より芯材となる内層の熱可塑性樹脂管３を形成する。

続いて、図示していない巻回装置をこの熱可塑性樹脂管
３の周囲を回転させて連続繊維強化材６も巻回し、加熱
装置14により周囲から加熱して熱可塑性樹脂管３に連続
繊維強化材６を融着し、第１の強化層を形成し、更に、
同様にして、この外面に連続繊維強化材６を巻回し、加
熱装置14により周囲から加熱して融着し、強化層４を形
成し、複合管１を形成する。

続いて、被覆金型16へ導かれて強化層４の外周に押出機
15から被覆金型16を通して熱可塑性樹脂を押出して強化
層４の外周に外層５を形成する。外層５が形成された熱
い複合管１は、続いて水槽等の冷却装置17により冷却さ
れた後、引取機18に引取られる。

押出機11,15は通常の熱可塑性樹脂管の成形に用いられ
る押出機等各種の形式の押出機を使用しうる。

熱可塑性樹脂が含浸された連続繊維材２は、第３図に示
すように、フィラメントからなるロービング状の連続繊
維７を熱可塑性樹脂８の粉体が流動化している流動床19
中を通過させて、フィラメント間に粉体状熱可塑性樹脂
８を付着させた後、円形状の開口を有する金型20中を引
抜き、熱可塑性樹脂８を溶融させ連続繊維材７と一体化
せしめて製造する。

連続繊維強化材６は、第４図に示すように、フィラメン
トからなるロービング状の連続繊維７を熱可塑性樹脂８
の粉体が流動化している流動床19中を通過させて、フィ
ラメント間に粉体状熱可塑性樹脂８を付着させた後、加
熱ロール21により加熱・加圧処理して、熱可塑性樹脂８
を溶融させ連続繊維７を一体化せしめてテープ状に製造
する。

連続繊維強化材６は、第２図に示すように、互いに反対
方向に回転して巻回することが、熱可塑性樹脂管３の外
周には連続強化繊維が互いに交叉するようにされた強化
層を形成することができ、耐圧性に優れた複合管が得ら
れる点で好ましい。この連続繊維強化材６は、上記熱可
塑性樹脂管３の外周に隙間および重なりが発生しないよ
うに巻回すると共に熱可塑性樹脂管３および連続繊維強
化材６を融着一体化する。

熱可塑性樹脂管３の外周に連続繊維強化材６を巻回融着
する際、熱可塑性樹脂管３が変形するのを防止するため
に、金型12の樹脂出口より押し出し方向に突出する内コ
アを設け、この内コアの外側位置で連続繊維強化材６を
熱可塑性樹脂管３の外周に巻回する方法、あるいは金型
12の先端より熱可塑性樹脂管３の内部に冷却空気を吹き
込み熱可塑性樹脂管３の内面を冷却しつつ連続繊維強化
材６を巻回する方法等が採用されてもよい。

なお、上記説明においては、複合管は引取機で引き取り
ながら、一連の製造工程を連続的に行うことにより製造
する例について説明したが、第５図に示すように予め製
造しておいた切断した内層の熱可塑性樹脂管の外周に別
工程で、連続繊維強化材の強化層を設けてもよい。

また、強化層の外周に、熱可塑性樹脂管を被覆金型に導
入し、押出機より押し出された熱可塑性樹脂を強化層の
外周に押出被覆し、外層を設けた後、水槽等の冷却手段
により冷却して複合管を製造する例について示したが、
外層を設けない複合管としても差し支えない。外層を設
ける場合、外層に用いる熱可塑性樹脂は、特に制限なく
総ての熱可塑性樹脂が採用されてよいが、強化層の樹脂
が熱可塑性樹脂である場合には、強化層に用いられてい
る熱可塑性樹脂と相溶性が高く融着可能な熱可塑性樹脂
を用いることが、強化層と外層とが強固に融着一体化し
た複合管が得られる点で好ましい。

（作用） 内層の熱可塑性樹脂管が、管の長手方向に配置された連
続繊維が管壁内に埋設されて形成されると共に、この熱
可塑性樹脂管の外周に、樹脂（熱可塑性樹脂又は熱硬化
性樹脂）を含浸した連続繊維強化材からなる強化層が設
けられ、前記熱可塑性樹脂管と融着一体化されている。
そのため、連続繊維材により内層の熱可塑性樹脂管の線
膨張が抑制されることとなり、強化層との界面での剥離
が発生しにくく、水密性に優れる。

（実施例） 実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１ １）フィラメント間に熱可塑性樹脂が含浸された連続繊
維材の作成 第３図に示すように、直径13μｍのフィラメントより構
成されるロービング状ガラス繊維（800tex）７を、ポリ
塩化ビニル樹脂を主成分とする粒子径が約250μｍの粉
体状熱可塑性樹脂組成物８が、エアー19aにより流動化
されている流動床19中を通過させて、ガラス繊維７のフ
ィラメント間に粉体状熱可塑性樹脂を付着させた後、約
200℃に加熱された、直径1mmの円形状開口部を有する金
型20中を引き抜き、熱可塑性樹脂を溶融させガラス繊維
７と一体化せしめ、フィラメント間に熱可塑性樹脂が含
浸された直径1mmの連続繊維材２を作成した。

２）フィラメント間に熱可塑性樹脂が含浸された連続繊
維強化材の作成 第４図に示すように、直径23μｍのフィラメントより構
成されるロービング状ガラス繊維（4400tex）７を、酢
酸ビニル−塩化ビニル共重合樹脂を主成分とする粒子径
が約250μｍの粉体状熱可塑性樹脂組成物８が、エアー1
9aにより流動化されている流動床19中を通過させて、ガ
ラス繊維７のフィラメント間に粉体状熱可塑性樹脂を付
着させた後、約180℃に加熱された一対のロール21によ
り加熱・加圧し、熱可塑性樹脂を溶融させガラス繊維７
と一体化せしめ、フィラメント間に熱可塑性樹脂が含浸
された幅約30mm、厚み0.5mmのテープ状連続繊維強化材
６を作成した。

３）複合管の製造 第２図で示した装置により、１）で作成した直径が約1m
mのフィラメント間に、ポリ塩化ビニル樹脂が含浸され
た連続繊維材２の８本を、金型（温度＝約205℃）12の
後方より樹脂流路13内に導入し、押出機11より塩素化ポ
リ塩化ビニル樹脂組成物を押し出し、管壁内に連続繊維
材２が８本均等に埋設配置された熱可塑性樹脂管３（外
径＝40mm、肉厚＝2mm）を成形した。

続いて、熱可塑性樹脂管３の外周に、２）で作成した、
フィラメント間に酢酸ビニル−塩化ビニル共重合樹脂が
含浸された連続繊維強化材６を巻回し、遠赤外線ヒータ
ーの加熱装置14により加熱し、熱可塑性樹脂管３および
連続繊維強化材６を融着一体化し、厚みが約1mmの強化
層４を形成した。

続いて、強化層を設けた管体を被覆金型16に導入し、押
出機15より押し出されたポリ塩化ビニル樹脂を強化層４
の外周に被覆し、厚みが約1mmの外層５を形成し、水槽1
7で冷却した。

上記一連の工程を、引き取りながら行い、複合管１を連
続的に製造した。

得られた複合管１は、外径が44mmで、管の長手方向に、
フィラメント間にポリ塩化ビニル樹脂が含浸された連続
ガラス繊維材２が、管壁内に埋設された塩化ポリ塩化ビ
ニル樹脂管３の外周に、連続ガラス繊維で強化された酢
酸ビニル−塩化ビニル共重合樹脂の強化層４が融着さ
れ、さらに強化層の外周に、ポリ塩化ビニル樹脂よりな
る外層５が融着されたものであった。

実施例２ １）熱可塑性樹脂管の作成 第２図に示す押出機11及び金型12を用いて、連続繊維材
２として、直径12μｍのフィラメントより構成されるヤ
ーン状アラミド繊維（1500denier）10本を、金型12の後
方より樹脂経路13内に導入し、押出機11よりポリフェニ
レンサルファイド樹脂を押し出し、管状に成形し、水槽
17で冷却しながら、引取機18で連続的に引き取り、管壁
内に強化材２が10本均等に埋設配置された熱可塑性樹脂
管３を作成した。

１）複合管の製造 １）で作成した熱可塑性樹脂管３を3mの長さに切断し、
第５図に示すようにワインディング装置23にセットし、
ワインディング装置により熱可塑性樹脂管３を回転させ
ながら、熱可塑性樹脂管３の外周に、常温硬化剤および
硬化促進剤を配合した不飽和ポリエステル樹脂を含浸し
たロービング状ガラス繊維を巻回した後、30℃雰囲気中
に５時間放置し、不飽和ポリエステル樹脂を硬化させ
て、厚さ約1mmの強化層４を形成し、複合管１を得た。

得られた複合管は、外径が約42mmで、管の長手方向に配
置された連続アラミド繊維材が管壁内に埋設されたれた
ポリフェニレンサルファイド樹脂管の外周に、連続ガラ
ス繊維で強化された不飽和ポリエステル樹脂の強化層が
設けられた複合管である。

比較例 実施例２の「２）複合管の製造」の項において、熱可塑
性樹脂管３は、連続繊維材が管壁内に埋設されたもので
ないポリフェニレンサルファイド樹脂を用いた以外は、
同様の方法で複合管を製造した。

得られた複合管は、ポリフェニレンサルファイド樹脂管
の外周に、連続ガラス繊維で強化された不飽和ポリエス
テル樹脂の強化層が設けられた複合管である。

（評価） 実施例１、実施例２、比較例で得られた複合管を長さ1m
に切断し、それぞれの複合管に温水（90℃）と冷水（25
℃）を15分間隔で交互に通水する冷熱繰り返し試験を行
った。

上記試験5000サイクル経過後の状態を観察したところ、
実施例１、実施例２で得た複合管には以上は認められな
かったが、比較例で得た複合管は、内層の熱可塑性樹脂
管と強化層の界面で剥離が発生していた。

（発明の効果） 本発明にかかる複合管は、内層の熱可塑性樹脂管が、管
の長手方向に配置された連続繊維が管壁内に埋設されて
形成されているので、温水を流した場合あるいは高温下
で使用した場合にも、内層管の伸びは小さく、強化層と
の界面での剥離が発生しにくいと共に、水密性に優れ
る。また、外周に、連続繊維で強化された樹脂の強化層
が設けられているので耐圧性、耐衝撃性に優れている。

さらに、本発明においては、内層の熱可塑性樹脂管は、
クロスヘッドタイプのパイプ用金型を用い、この金型の
後方より連続繊維材を樹脂通路内に導入し、押し出され
る熱可塑性樹脂内に連続繊維材を埋設することにより容
易に連続的に成形することができるので、マンドレル上
に内層の熱硬化性樹脂強化層を形成して得られるFRP管
のようにマンドレルの脱型操作が不要で手間がかから
ず、複合管の製造が容易であるという利点がある。

また、上記内層の熱可塑性樹脂管の外周に設けられる強
化層の強化繊維は、連続繊維であり短繊維ではないの
で、ロービング状もしくはストランド状の連続繊維を熱
硬化性樹脂液の槽中又は熱硬化性樹脂粉の流動床中や分
散液中を通過させて含浸した後加熱するだけで、強化層
を構成する材料を容易に連続的に成形することができる
という利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる複合管の断面図、第２図は本発
明かかる複合管を製造する工程を説明するための一部を
断面した説明図、第３図および第４図はそれぞれ連続繊
維材に熱可塑性樹脂を含浸する工程を示す説明図、第５
図は巻回工程を示す説明図である。 1;複合管、2;連続繊維材 3;熱可塑性樹脂管、4;強化層 5;外層、6;連続繊維強化材 11,15;押出機、12;金型 14;加熱装置、17;冷却装置 18;引取機

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−251685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−47590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−152786（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−773（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−22038（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭51−22960（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管の長手方向に配置された連続繊維材が管
   壁内に埋設されて形成された内層の熱可塑性樹脂管の外
   周に、連続繊維で強化された樹脂の強化層が設けられて
   なることを特徴とする複合管。
2. 【請求項２】管の長手方向に配置された連続繊維材が管
   壁内に埋設されて形成された内層の熱可塑性樹脂管の外
   周に、連続繊維で強化された熱可塑性樹脂の強化層が融
   着されてなることを特徴とする複合管。
3. 【請求項３】管の長手方向に配置されたフィラメント間
   に熱可塑性樹脂が含浸された連続繊維材が管壁内に埋設
   されて形成された内層の熱可塑性樹脂管の外周に、連続
   繊維で強化された樹脂の強化層が設けられてなることを
   特徴とする複合管。