JPS63234035A - フィラメント補強プラスチック体及びその製法 - Google Patents

フィラメント補強プラスチック体及びその製法

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JPS63234035A
JPS63234035A JP63032962A JP3296288A JPS63234035A JP S63234035 A JPS63234035 A JP S63234035A JP 63032962 A JP63032962 A JP 63032962A JP 3296288 A JP3296288 A JP 3296288A JP S63234035 A JPS63234035 A JP S63234035A
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filaments
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は例えばプラスチックシート、プラスチックパイ
プなどのような改良された導電性フィラメント補強プラ
スチック体及びその製法に関する。
［従来の技術］ プラスチックパイプが各種工業陣門において耐食導管と
して採用されて久しい。従来のプラスチックパイプの欠
点は導電率が低いため危険な静電荷を発生させることに
ある。例えばＯイズ・オプ・ロンドン（Ｌ　１ｏｙｄ′
ｓ　ｏｆ　　Ｌ　ｏｎｄｏｎ　：　ｏンドンの０イド船
級協会）の場合、船上で石油製品を取扱うのに使用され
るファイバーグラスパイプはいずれも液流によってパイ
プ中に発生する１ｌｉ１１Ｔｉ荷が大地へ逃げるように
するため（ＡＳＴＭ　　Ｄ　２５７−７６に従って試験
した結果）表面抵抗が１０９オーム以下でなければなら
ない。本発明以前にｌｉｔ造された従来のファイバーグ
ラス補強パイプは表面抵抗が約１０１２オームであり、
従って上記用途には不適当である。また、高周波電磁ビ
ームを遮蔽する用途についても、経済的な価格の導電性
プラスチックシートなら広く利用されるであろう。
本発明以前には黒鉛、炭素、銀、アルミニウム、銅の粉
末または粒子のような導電材をゴム及びプラスチック製
品に組込むことにより静電荷発生を防止したり、高周波
シールドを形成していた。導電性を＾めるために細断し
た金属繊維や導電性グラスフィラメントをプラスチック
製品に組込む方法も採用されている。゛ポリマー・エン
ジニアリング・アンド・サイエンス（Ｐ　ｏｌｙｍｅｒ
　　Ｅ　ｎａｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　　５ｃｉｅｎ
ｃｅ）”１９７１年１２月刊、第１７巻、第１２号に掲
載された論文“導電性重合組成物”はプラスチック物品
の熱伝導及び導電性を高めるために導電性ファイバーや
導電材の球、薄片、不規則粒子などを利用する方法を開
示している。この論文は繊維状導電材の方が球、薄片、
不規則粒子よりも＃Ｉ導電性著しく改善すると述べてい
る。しかし、最大縦横比が約３５＝１の短い繊維と粒子
にしか言及していない。なお、縦横比とは導電部材の長
さと直径との比である。また、導電性の粉末、粒子及び
細断フィラメントを使用する場合、導電率を所望レベル
まで高めるには比較的多量の材料を必要とするため、コ
ストが轟くなる。
かくして、導電性プラスチックの利点は既に古くから公
知であるにも拘らず、本発明以前には経済性に問題があ
ったため多くの用途でその使用が制限されて来た。
従来のフィラメント補強プラスチックパイプ製造に際し
ては、ファイバーグラス、ナイロンなどのような補強材
から成る数百本のフィラメントを束ね七゛エンド（ｅｎ
ｄ　）　”　（繊維束）または粗紡糸を形成し、約１５
本の“エンド゛′をまとめて“ストランド（Ｓｔｒａｎ
ｄ）”を形成する。従ってこのストランドは数千本のフ
ィラメントを含むことになる。さらに、約１０乃至約４
０ストランドをまとめてテープ、ウェッブまたは帯を形
成し、これに液状樹脂を含浸させることにより個々のフ
ィラメントプラスチックでコーティングし、樹脂含浸帯
を回転心棒に巻着する。巻着経路は心棒の回転軸線に対
して約５４°の角度を形成する単純螺旋となるのが普通
である。帯を心棒に沿って先ず右へ、次いで左へオーバ
ーラツプ螺旋状に巻着して均等に補強されたパイプ壁を
形成する。フィラメントは概ね連続的な、単一方向の繊
維であり、グラスやアスベストのような鉱物繊維、ウー
ルのような動物繊維、コツトンのような植物繊維、また
はナイロン、レーヨン、ダクロン、オルロンなどのよう
な合成繊維でよい。
帯に含浸させ、フィラメントを浸潤させるのに使用する
樹脂または接着剤は巻着または積層工程に使用される適
当な熱硬化または熱可塑樹脂でよい。例えばエポキシ、
ポリエステル、ビニールエステル、フラン、フェノール
−ホルムアルデヒドなどのような熱硬化樹脂を含有する
接着剤、または塩化ポリビニール、塩化ポリビニリデン
などのような熱可塑樹脂を含有する接着剤を使用するこ
とができる。
ホフ（１１ｏｆ）の米国特許第３，４９９，８１５号及
びニューマン（Ｎ　ｅｎ＋ａｎ　）の米国特許第３，５
１９，５２０号は従来タイプのファイバー補強プラスチ
ックパイプの製造装置及び製法を開示している。この種
の公知パイプは耐食性を要求される多くの用途において
有効であるが、静電荷発生が危険状態を誘発するような
用途では使用が１Ｉｉ１１限される。
シエリダン（Ｓ　ｈｅｒｉｄａｎ　）の米国特許第３，
０７０゜１３２＠、ペツツエタキス（Ｐｅｔｚｅｔａｋ
ｉｓ　）の米国特許第３，５５５，１７０号、ジャクソ
ン（Ｊ　ａｃｋｓｏｎ）の米国特許第３，５８０，９８
３号、合材等の米国特許第３゜９５８．０６６号及びカ
ールソン（ＣａｒｌｓＯｆｌ）等の米国特許第３，９６
３，８５６号はプラスチック製品に金属ワイヤー、金属
または炭素粒子を埋込むことにょうてプラスチック製品
の熱伝導率及び導電率を高める各種方法を開示している
。既に指摘したように、この方法は経済性に問題があり
、例えば商業ベースのプラスチックパイプ製造には多用
されるに至っていない。
［発明の目的］ 本発明は船上プラスチックパイプに使用するための安全
条件を満たすと、共に有効な高周波シールドを形成する
に充分な導電率を有する比較的安価なフィラメント補強
プラスチック体及びその製法を提供することを目的とす
る。
［発明の概要Ｊ 本発明のフィラメント補強プラスチック体は、プラスチ
ックコーティングされたフィラメントから成る帯をオー
バーラツプさせて形成した壁を有し、このフィラメント
の小部分が導電性であると共に、この導電性フィラメン
トが壁の厚さ方向にわたって分布されているものである
。こうして、極めて導電率が高く、しかも釜属含有長の
極めて低いプラスチック物品が得られる。
本発明の製法の好ましい実施例では、液状樹脂でコーテ
ィングした通常の導電性連続フィラメントから成る帯を
導電性フィラメントが壁の厚さ方向にわたって分布され
るように心棒へオーバーラツプ螺旋状に巻着することに
より所望の厚さの管状補強壁を形成する。最終製品がプ
ラスチックパイプなら、管状のままで心棒から取外せる
剛状態になるまで心棒周りで硬化させる。
最終製品が高周波１！！！ビーム遮蔽物として成形でき
るプラスチックシートなら、心棒周りでの樹脂硬化を、
製品の壁が未だ可撓性を保つように途中で停止させ、心
棒周りに位置している間に心棒の長手方向軸線と平行な
線に沿って前記管状物または積層物を切開することによ
りシートを得、これを所望の形状を有する剛性物品とし
て成形及び硬化する。管状壁を上記方向とは異なる方向
に切間することも可能である。例えば帯と直交する線図
において、雄１１２を有する第１パイプ片１０を接着剤
１ｉ１１３を介して置端１６を有する第２パイプ片１４
に結合する。接着剤層は約９．５３ａｖ　（約３／８イ
ンチ）の長さに切断した導電性フィラメントを重量比で
約７％含む普通のエポキシ樹脂である。
各パイプ片は（図示しない）１転心棒に連続的なフィラ
メントから成る樹脂含浸帯（ウェッブまたはテープ）１
８を螺旋状に巻着して形成する。巻着経路は心棒の回転
軸線に対して約５４°の角度を形成する摩耗な螺旋であ
る。こうして心棒に沿って先ず右へ、次いで左へ帯を巻
着してオーバーラツプされた層を形成することにより均
等に補強されたパイプ壁を形成する”。８帯は（詳細に
は図示しないが）普通の連続的なファイバーグラス粗紡
糸ストランド１９を１９本及び連続的な１１性フアイバ
ーグラスフイラメントのストランド２０を１本含み、合
計２０本で幅約５，０８　ＣＩ　（約２インチ）の帯を
形成する。各ストランドは１５本の“エンド”（スライ
バー、ａｉｍ束）を含み、各°°エンド″は４０８本の
フィラメントを含み、従って、各ストランドは合計約ｅ
、ｏｏｏ本のフィラメントを含む。導電性ファイバーグ
ラスフィラメントの伍は帯を構成する導電性フィラメン
ト１ストランドに対する通常ファイバーグラスのストラ
ンド数を増やすことによって減らすことができる。例え
ば導電性粗紡糸の使用量が１ストランドのままでも帯幅
を５．０８ｃｍ（２インチ）から１２．７０鵬（５イン
チ）に拡げることができる。１）？！ｆ性フィラメント
は１９７７年１２月号“ポリマｍ−エンジニアリング・
アンドφサイエンス”に掲載されたドナルド・Ｍ・ビッ
グ（Ｄｏｎａｌｄ　Ｍ、　ｅｉａｏ　）の論文°°導電
性重合組成物”に記載されているようなものでもよい。
本発明に使用できる導電性フィラメントはＭ８Ａアソシ
エーツ（Ｍ　Ｂ　Ａ　　Ａ　５ＳＯＣｉａｔｅＳ　）か
らも得られる。この種の製品はボンド当たり２０１．２
ｍ乃至１０９７ｍ　　（２２Ｇヤード乃至１，２００ヤ
ード）のストランドか・ら成るのが普通である。
第２図は代表的な導電性フィラメント２２の横断面図で
ある。フィラメント２２は直径が約２０μ（約０．８ミ
ル）の通常の円筒状グラスファイバー２４を含む。ゲラ
スフアイパーの全長に亘って、但し周面の半分だけに厚
さ２．５μ（０，１ミル）のアルミニウムコーティング
２６を施ず。導電性フィラメントの全周面をアルミニウ
ムその他の適当な材料でコーティングしてもよいことは
いうまでもない。
本発明に使用されるフィラメントは導電性のものも非ｗ
＃電性のものも被補強物の全長に亘って連続的である。
従って、連続的な導電性フィラメントは５００：１また
はそれ以上の大きい縦横比（長さ：直径）を示すことに
なる。例えば長さ６０９．６ｃｍ（２０フイート）のパ
イプ片における連続的な導電性フィラメントの縦横比は
２４０，０００：　１以上である。フィラメントはグラ
スやアスベストのような鉱物繊維、ウールのような動物
繊維、コツトンのような植物繊維のほか、ナイロン、レ
ーヨン、ダクロン、オルロンなどのような合成繊維でも
よい。
帯に含浸させ、フィラメントをコーティングするのに使
用する樹脂または接着剤としては、巻着または積層工程
において使用される適当な熱硬化または熱可塑樹脂を使
用することができる。例えば、エポキシ、ポリエステル
、メラミン−ホルムアルデヒド、尿素ホルムアルデヒド
、フェノール−ホルムアルデヒドなどのような熱硬化樹
脂を含有する接着剤または塩化ポリビニル、塩化ポリビ
ニリデンなどのような熱可塑樹脂を含有する接着剤を使
用できる。
第１図図示のようなパイプは公称直径が５．０８Ｃｍ（
２インチ）となるように形成されたものである（平均外
径６，０６ｃ議　（２，３８４インチ）、平均内径５．
３３ＣＩ　　（２，０９８インチ））。パイプは平均壁
厚０．５８　ｇ＋ｎ　（０，０２３インチ）の普通の内
張り２８を含み、平均補強壁厚は３．０５＋＋ｎ　　（
０，１２０インチ）となる。（当業者の間でＣベール補
強内張りと呼ばれる）この内張りを先ず心棒に巻着して
から普通のファイバーグラスフィラメント及び導電性グ
ラスフィラメントから成るエポキシ樹脂含浸帯を２層重
ねる。各層は２つのサーキットを含み、各サーキットを
形成するには心棒に沿って各方向に帯を１回バスさせね
ばならない。即ち、パイプの製造に際しては先ず心棒に
厚さ０．２５　ｍｇｉ　（１Ｇミル）のＣベール材を２
／３オーバーラツプでバスさせ、次いで１つの方向に帯
をバスさせ、さらに反対方向にもバスさせて第１サーキ
ツトを形成し、同様に第２サーキツトを形成して第１層
を完成する。
究極的には２つの層を形成して最終パイプ壁厚を得る。
心棒に沿って各方向ごとに１回のバスを含むナーキット
を層ごとに２つ形成するには合計して心棒沿いに帯を８
回パスさせる必要がある。プラスチックパイプ製造の当
業者に公知の、他の方法及び材料を採用してもよい。
パイプを形成したら赤外線下で樹脂をゲル化し、１４９
℃（３０Ｇ”Ｆ）で１時間に亘り事後硬化させる。
パイプは重層化で約２．９％の導電性グラスまたは約°
０．４％の金属を含む。ＡＳＴＭ　　Ｄ　２４７−７６
に従って試験したパイプの直流電気抵抗はロイズ・オプ
・ロンドンが設定している最大抵抗値１０’オームより
も遥かに低い８．３Ｘ　１０１であった。パイプ壁を構
成する帯中の導電性グラス粗紡糸ストランドを省くこと
を除き、本発明と全く同様に製造された従来のファイバ
ーグラス補強プラスチックパイプの抵抗値は２．６８　
Ｘ　１０”であった。
また、重量比で僅かに１．３％のＳ電性グラスまたは約
０．２％の金属を含有することを除いて上述したように
製造した類似の導電性パイプもロイズ・オブ・ロンドン
による設定最大値よりも遥かに低い抵抗値を示した。
パイプの内側に張るＣベール材は導電性フィラメントを
含んでいないから、その電気抵抗はパイプ外面の電気抵
抗値よりも高い。パイプ内側に低電気抵抗が要求され、
しかもＣベール材の化学的不活性が不必要な用途にはこ
のＣベール材を省けばよい。さもなければＣベール内張
り２８を張る前に心棒に（第３図に示すように）ＩＪ１
！性フィラメントのストランド２０を巻着することによ
り、パイプ内側の３！ｇ電性を高めるａ導電性フィラメ
ントのストランド及びＣベール内張りはいずれも心棒へ
巻着する前に液状樹脂を含浸さゼるから、樹脂の硬化に
伴なって両者が互いに結合される。
本発明のプラスチック材を利用して高周波電磁ビーム遮
蔽用のシートを製造する場合もパイプ製造と同様の手順
で行う。但しＣベールは採用せず、心棒には先ず（図示
しないが）ポリエチレン・プラスチックなどのようにエ
ポキシ樹脂が接着し難い適当な材料から成る第１保護シ
ートを巻着する。
次いで上述したのと全く同じ要領で心棒の周りに管状の
Ｍｌ物を形成し、その外側に同じくポリエチレン・プラ
スチックの第２保護シートを巻着する。樹脂が恒久的な
剛状態まで硬化する前に心棒周りの第２保護シート及び
ｗ４層物を心棒の長子方向軸線とほぼ平行な線に沿って
切開する。さもなければ１組の螺旋と直交する螺旋経路
（またはその他所型の経路）に沿って第２シート及び積
層物を切開してもよい。次いで扁平シートの形で心棒か
ら積層物を取外す。シートはｍ柊形状を与えるまで樹脂
が硬化しないように必要に応じて冷却空回に保管する。
次いでシートを所望の形に成形し、保護シートを除去し
、樹脂を剛状態まで硬化させる。こうして得られた製品
は金属含有量が重量比で約０．５％であっても高周波ビ
ームに対して有効な遮蔽効果を提供する。
本発明のフィラメント補強プラスチック体の断面構造を
第３図に詳細に図示した。即ち、エポキシ樹脂から成る
！！３０と、（図示しないが）通常のファイバーグラス
フィラメントと、アルミニウムのコーティングを施した
ファイバーグラスフィラメント２２とを含む。図解を単
純化するため導電性ファイバーグラス・フィラメントの
ストランドだけを図示した。
［発明の効果］　　　　〜 以上の説明から明らかなように、本発明の製法及びプラ
スチック製品はパイプのほか、例えばパイプ取付具、構
造部材なども含む極めて広汎な導電性構造の製法に応用
できる。
本発明の卓越した成果として、連続的な導電性フィラメ
ントが全構造の極く一部を形成し、しかも導電性フィラ
メントを非導電性硬化樹脂でコーティングするにも拘ら
ず、終産物が極めて低い表面抵抗を示し、このことは静
電荷の発生が許されないような用途に好適であることを
意味する。本発明の製品はまた、金属含有量が極めて少
ないにも拘らず高周波ビームに対するすぐれた遮蔽効果
を提供する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基づいて製造されたパイプ片の互いに
隣接する２つの端部を導電性接着層を介して接合した状
態を一部切欠いて示す部分立面図であり、第２図は本発
明のパイプ製造に使用される導電性グラスフィラメント
の横断面図であり、第３図は第１図の３−３域における
拡大断面図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電気抵抗が比較的低いフィラメント補強プラスチ
    ック体であって、プラスチックでコーティングされたフ
    ィラメントから成る帯をオーバーラップさせて形成した
    壁を有し、少なくとも１つの前記帯におけるフィラメン
    トの小部分が導電性であり、当該導電性フィラメントが
    前記壁の厚さ方向にわたって分布されていることを特徴
    とするフィラメント補強プラスチック体。 ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のフ
    ィラメント補強プラスチック体。
  2. （２）各帯が導電性フィラメントを含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第（１）項に記載のフィラメント補強
    プラスチック体。
  3. （３）帯を螺旋状にオーバーラップさせて巻着したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のフィラ
    メント補強プラスチック体。
  4. （４）導電性フィラメントがほぼ全長にわたって連続的
    であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
    載のフィラメント補強プラスチック体。
  5. （５）ＡＳＴＭ　Ｄ　２５７−７６に従って試験した結
    果抵抗値が１０＾９オーム以下であることを特徴とする
    特許請求の範囲第（１）項に記載のフィラメント補強プ
    ラスチック体。
  6. （６）導電性フィラメントの縦横比が５００以上である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のフ
    ィラメント補強プラスチック体。
  7. （７）フィラメント補強プラスチック体の製造法であっ
    て、少なくとも１つの帯におけるフィラメントの小部分
    が導電性である連続的なフィラメントから成る帯を液状
    プラスチック樹脂でコーティングし、前記導電性フィラ
    メントが壁の厚さ方向にわたって分布されるように前記
    帯を心棒にオーバーラップ状に巻着して管状体を形成し
    、しかる後に液状プラスチック樹脂を硬化して固形壁に
    することを特徴とするフィラメント補強プラスチック体
    の製法。
  8. （８）各帯に連続的な導電性フィラメントが配置されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第（７）項に記載
    の製法。
  9. （９）心棒に帯を螺旋状にオーバーラップさせて巻着す
    る工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（７）
    項に記載の製法。
  10. （１０）心棒周りの管状体を切開してシートを形成し、
    しかる後に心棒から該シートを取外すことを特徴とする
    特許請求の範囲第（７）項に記載の製法。
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