JPH044132A - 繊維強化熱可塑性樹脂管の製造方法 - Google Patents

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、耐圧性、耐衝撃性、耐熱水性などに優れた繊
維強化熱可塑性樹脂管の製造方法に関する。

（従来の技術） 塩化ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂管は、金′属管に比
べ軽量で錆び−な・い等の優れた特性を有し、広（用い
られている。しかし、このような熱可塑性樹脂管は、金
属管に比べ耐圧性、耐衝撃性、耐熱水性などが劣る。

熱可塑性樹脂管の耐圧性、耐衝撃性、耐熱水性などの性
能を改善する方法として、例えば特開昭６３−１５２７
８６号公報には、熱可塑性樹脂管の外周に補強繊維複合
体を巻回しこれを融着させる工程を包含する繊維強化熱
可塑性樹脂管の製造方法が具体的に開示されている。

この場合、補強繊維複合体としては、熱可塑性樹脂粉末
が付着した多数の連続フィラメントの集合体がこの樹脂
粉末と同一もしくは相溶性を有する熱可塑性樹脂で被覆
されてなるストランド、もしくはこのストランドからな
るマット又はクロスで構成した補強繊維複合体が用いら
れる。

そして、熱可塑性樹脂管の外周に上記補強繊維複合体を
融着させる方法としては、押出成形直後の熱可塑性樹脂
管の外周に上記の補強繊維複合体を加熱して巻回し、補
強繊維複合体内部の樹脂粉末と表面の被覆樹脂を完全に
溶融して融着させる方法が主に採用される。

（発明が解決しようとする課題） このような繊維強化熱可塑性樹脂管の製造方法にあって
、多数の連続フィラメントに付着した内部の熱可塑性樹
脂粉末を完全に溶融させて強固な融着を行うには、樹脂
管の表面及び補強繊維複合体を比較的高温に加熱保持す
るか、或いは比較的低温でライン速度を遅くして補強繊
維複合体の内部まで充分に加熱する必要がある。

ところが、樹脂管の表面及び補強繊維複合体を高温に加
熱保持すると、樹脂管が熱により過度に軟化する。この
ように過度に軟化した樹脂管は、巻回される補強繊維の
張力によって変形し易く、そのため寸法精度の良い繊維
強化熱可塑性樹脂管を得ることが困難である。そのため
、ライン速度を遅くして比較的低温で樹脂管の表面及び
補強繊維複合体を加熱保持し、補強繊維複合体の内部ま
で充分に加熱する方法が主に採用されているが、この方
法では生産性の点で問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題を解決するものであり、
その目的とするところは、樹脂管の変形が起こらず寸法
精度が良く、しかも樹脂管と補強繊維複合体との融着が
強固で繊維補強効果の優れた繊維強化熱可塑性樹脂管を
、能率よく製造することのできる方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂管の製造方法は、熱可塑
性樹脂管の外周に補強繊維複合体を巻回もしくは囲繞し
これを融着させる工程を包含する繊維強化熱可塑性樹脂
管の製造方法において、上記補強繊維複合体として、多
数の連続フィラメントよりなる補強繊維が熱可塑性樹脂
で融着されてなるテープ状物もしくはシート状物であっ
て、熱可塑性樹脂管に接する表層部の繊維含有率が他の
部分に比べて少ない補強繊維複合体を用いることを特徴
とし、そのことにより上記の目的が達成される。

本発明において、熱可塑性樹脂管を構成する熱可塑性樹
脂としては、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、
ポリエチレン、ポリプロピレン、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
、ポリアリールエーテルサルホン、ポリアリールエーテ
ルケトン等が挙げられる。

これらの樹脂は単独か或いは相溶性のある樹脂を混合し
て用いられる。また、必要に応じて熱安定剤、滑剤、可
塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、充填剤、加工
助剤、改質剤等の添加剤が配合される。

本発明において用いる熱可塑性樹脂管は、上記熱可塑性
樹脂を溶融押出成形することにより得られるが、このよ
うな樹脂管は単層の管であっても複層の積層管であって
もよい。

本発明において用いる補強繊維複合体は、多数の連続フ
ィラメントよりなる補強繊維が熱可塑性樹脂で融着され
てなるテープ状物もしくはシート状物である。テープ状
物もしくはシート状物の厚さは、薄すぎると補強効果が
充分でなく、厚過ぎると巻回もしくは囲繞するのが困難
となるので、０．１〜２ＭＢの範囲のものが好適に用い
られる。テープ状物の場合、その幅は５〜５０＋ｎｍの
ものが好適に用いられる。

多数の連続フィラメントよりなる補強繊維としては、ガ
ラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の無機繊維、アラミド
繊維、ビニロン繊維等の合成繊維からなり、直径１〜４
０μｍのフィラメント数十〜数千本より構成されるロー
ビングまたはヤーンが一般的に使用される。また、この
ような補強繊維を融着している熱可塑性樹脂としては、
前記の熱可塑性樹脂管と同様な樹脂或いは酢酸ビニルの
ような接着性を付与し得る七ツマ−を共重合させた樹脂
が使用される。

しかして、上記テープ状もしくはシート状の補強繊維複
合体は、熱可塑性樹脂管に接する表層部の繊維含有率が
他の部分に比べ少なくされている。この場合、熱可塑性
樹脂管に接する表層部の繊維含有率は０〜１０容量％未
満とするのが好ましい。ここで、補強繊維複合体の表層
部とは、繊維複合体の全体の厚みに対して概ね１〜３０
％の部分を意味する。

また、多数の連続フィラメントよりなる補強繊維とこれ
に融着している熱可塑性樹脂との比率は、補強繊維の含
有率が全体として１０〜８０容量％となるような範囲が
好ましい。補強繊維の含有率が全体として１０容量％未
満では充分な補強効果が得られない。逆に補強繊維の含
有率が全体として８０容量％を越えると、表層部の繊維
含有率が１０容量％未満と少なくなっていても補強繊維
自体の結集力が小さくなり、充分に樹脂が融着した強度
の大きい繊維強化樹脂管が得られない。

本発明に用いる上記の補強繊維複合体を製造するには、
主として次のような方法が採用される。

先ず、多数の連続フィラメントよりなるロービング或い
はヤーン等のストランド状の補強繊維を開繊し引き揃え
て、熱可塑性樹脂粉末の流動床中を通過させるか或いは
熱可塑性樹脂粉末の分散液中を通過さた後乾燥して補強
繊維の間隙に樹脂粉末を含浸付着させ、これを加熱加圧
ロールを通過させることにより、樹脂粉末を溶融させる
とともにテープ状或いはシート状に成形する。

この際、繊維含有率が異なる複数枚のテープ状或いはシ
ート状の補強繊維複合体を成形し、繊維含有率が少ない
方の補強繊維複合体が外側となるようにして、この複数
枚の補強繊維複合体を積層接着する方法が採用される。

また、前記のような方法で予め繊維含有率が全体に亘っ
て同じである一枚のテープ状或いはシート状の補強繊維
複合体を成形し、この補強繊維複合体の片面又は両面に
樹脂フィルムを溶融押出しする方法も採用される。

また、前記のような方法で予め繊維含有率が全体に亘っ
て同じである一枚のテープ状或いはシート状の補強繊維
複合体を成形し、この補強繊維複合体の片面又は両面に
樹脂粉末を付着させ、これを加熱加圧ロールを通過させ
ることにより、樹脂粉末を溶融させるとともにテープ状
或いはシート状に成形する方法も採用される。

本発明においては、特に、熱可塑性樹脂管に接する表層
部のみならずその反対側の表層部の繊維含有率が内部の
繊維含有率よりも少ない補強繊維複合体を用いるのが好
ましい。

以下、図面を参照しながら、本発明方法を具体的に説明
する。

第１図は本発明方法の一例を示す概略説明図である。第
１図において、１は熱可塑性樹脂の押出機である。この
押出機１の先端には熱可塑性樹脂を中空管状に押出して
成形する成形金型２が取り付けられている。成形金型２
の先方には、熱可塑性樹脂管３の外周にテープ状の補強
繊維複合体６を巻回するための２組の巻回装置５．５が
設けられている。

各巻回装置５．５にはテープ状の補強繊維複合体６を巻
付けたボビン状の巻出機５ａ、　５ａがそれぞれ２個取
り付けられていて、図示されていない駆動装置により樹
脂管３の周囲を回転し、各巻出機５ａ、　５ａからテー
プ状の補強繊維複合体６を巻出して、樹脂管３の外周に
螺旋状に巻回するように構成されている。なお、２＆Ｉ
ｌの巻回装置５，５は互いに反対方向に回転するように
構成されている。

各巻回装置５，５の前方近傍には熱風式加熱装置４．４
が設けられていて、樹脂管３の外周に巻回された繊維複
合体６を加熱可能となされている。さらに前方には、補
強繊維複合体６が巻回された樹脂管３の外周に、熱可塑
性樹脂を被覆するためのクロスヘツド金型８が取り付け
られた押出機７と、水槽等の冷却装置９と、引取機１０
がこの順に設けられている。

先ず、押出機ｌの成形金型２から押出された樹脂管３の
外周に、第一の巻回装置５の巻出機５ａ、　５ａから巻
出されるテープ状の補強繊維複合体６が、隙間や重なり
が発生しないように螺旋状に巻回される。そして、補強
繊維複合体６の周囲へ熱風式加熱装Ｗ４からの熱風が吹
きつけられ、補強繊維複合体６の樹脂管３と接する表層
部の樹脂が加熱溶融され、樹脂管３の外周に補強繊維複
合体６が融着されて第一層目の補強層が形成される。

引き続いて、第二の巻回装置５によって、テープ状の補
強繊維複合体６が第一層目の補強繊維複合体６と逆方向
に螺旋状に巻回され、同様にして第二層目の補強層が形
成される。このように、第一層目と第二層目の補強層を
逆方向に巻回することによって、同方向に巻回した場合
に比べ、繊維強化管に応力が働いても補強繊維のずれが
発注し難く、優れた補強効果を発揮させることができる
。

樹脂管３の外周に補強繊維複合体６の補強層を形成する
方法としては、上述のように補強繊維複合体６を円周方
向に巻回し融着する方法が簡単で合理的であるが、管軸
方向の強度が要求される場合は、補強繊維複合体６を管
軸方向に沿って囲繞した状態で融着する方法が採用され
る。この場合、補強繊維複合体６はテープ状のほか、そ
れよりも幅の広いシート状のものも使用される。

なお、樹脂管３の外周に補強繊維複合体６を巻回し融着
する際、樹脂管３の変形をより少なくするために、成形
金型２の押出方向に突出する延長コアを設け、この延長
コア上で補強繊維複合体６を巻回する方法、或いは押出
金型２の先端より樹脂管３の内部に冷却用の空気を吹き
込み、樹脂管３の内面を冷却しつつ補強繊維複合体６を
巻回する方法を採用してもよい。

補強層が形成された樹脂管３は、引き続いて押出機７に
取り付けられたクロスヘツド金型８に導入され、そこで
補強層が形成された樹脂管３の外周に熱可塑性樹脂が溶
融押出されて被覆層が形成される。その後、冷却装置９
で冷却され引取機１０で引取られ、繊維強化熱可塑性樹
脂管１１が製造される。

しかして、前記テープ状の補強繊維複合体６は、第２図
に示す方法により製造される。即ち、第２図において、
多数のフィラメントからなる補強繊維２０は、ボビンか
ら繰り出され長手方向に引き揃えられて、多孔質の底板
３１を備えた流動床３０に導入される。補強繊維２０は
、通常、流動床３０に導入される前が、或いは流動床３
ｏの中で解繊具３２により開繊される。

流動床３０には、粉末状の熱可塑性樹脂が空気圧により
多孔質の底板３１の上方に吹き上げられて浮遊状態に保
たれている。粉末状の熱可塑性樹脂の粒子径は、一般に
１０〜２００μ和程度とされる。そして、流動床３０に
導入された補強繊維２０のフィラメント間に浮遊状態に
ある粉末状の熱可塑性樹脂が入り込むように含浸される
。

粉末状の熱可塑性樹脂が含浸された補強繊維２０は、加
熱炉４０を経て一対の加熱ピンチロール４１に通されそ
こで加熱加圧され、それにより補強繊維２０が粉末状の
熱可塑性樹脂で融着される。

引き続いて、一対の冷却ピンチロール４２を経て一対の
引取ピンチロール５ｏで引取られる。このようにして、
繊維含有率の異なる二枚のテープ状の補強繊維複合体材
料６０と６１とが別々に作成される。この二枚のテープ
状の補強繊維複合体６０と６１とは、別工程で熱圧着装
置（図示せず）により熱圧着されて、テープ状の補強繊
維複合体６が製造される。

そして、このテープ状の補強繊維複合体６を用いて、前
述のように樹脂管３の外周に巻回もしくは囲繞する際は
、繊維含有率の少ない方の面が樹脂管３に接するように
巻回もしくは囲繞される。

巻回もしくは囲繞した補強繊維複合体を樹脂管に融着す
る際には、成形金型より押出された直後の樹脂層管に、
補強繊維複合体を速やかに巻回して融着させてもよいし
、或いは一旦樹脂管を冷却し、この樹脂管及び補強繊維
複合体を同時或いは別々に、樹脂管の表面及び補強繊維
複合体の表面が溶融する程度に熱風、赤外線ヒーター等
で加熱した後に、補強繊維複合体を樹脂管の外周に巻回
し融着させてもよい。樹脂管及び補強繊維複合体の加熱
に当たっては、その表面のみが溶融し、内部までは溶融
しないように、短時間に急速に行うことが好ましい。

また、巻回装置を二個設けた場合の例について説明した
が、その数は特に限定されることなく、成形する強化層
の厚さや所望の強度等に応じて適宜決定される。例えば
、−個設けてもよく、三個以上設けてもよい。

また、樹脂管に強化繊維複合体を巻回する方法としては
、樹脂管を押出しながら連続的に製造する場合の例につ
いて説明したが、−旦成形された樹脂管を適当な長さに
切断した後、樹脂管を回転させて巻回する方法であって
もよい。

また、予め別ラインで製造した補強繊維複合体を用いる
例について説明したが、補強繊維複合体を形成しながら
樹脂管の周囲に連続的に巻回もしくは囲繞してもよい。

なお、巻回もしくは囲繞された補強繊維複合体が管の外
表面に存在していると、製品として不都合な場合がある
ので、これに熱可塑性樹脂を押出被覆して被覆層を設け
た例について説明したが、被覆層は必ずしも必要ではな
い。

（作用） 上述のように、補強繊維複合体として、多数のフィラメ
ントよりなる補強繊維が熱可塑性樹脂で融着されてなる
テープ状物もしくはシート状物であって、熱可塑性樹脂
管に接する表層部の繊維含有率が他の部分に比べて少な
い補強繊維複合体を用いると、補強繊維がすてに熱可塑
性樹脂で融着されて一体化されているので、樹脂管の表
面及び補強繊維複合体の表層部のみを比較的低温で速や
かに溶融させて両者を強固に融着させることができる。

それゆえ、樹脂管の変形が防止され、ライン速度も速め
ることができる。

なお、補強繊維複合体がテープ状物もしくはシート状物
であるので、ストランド状の補強繊維複合体に比べ能率
良く巻回もしくは囲繞することが可能となる。また、マ
ットやクロスに形成した補強繊維複合体に比べ補強繊維
複合体の製造も容品となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例及び比較例を示す。

スｌ貝↓ この実施例では、第１図及び第２図に示す方法で、繊維
強化熱可塑性樹脂管を製造した。

第１図に示すように、熱安定剤、滑剤等を配合したポリ
塩化ビニルを約１８０°Ｃの温度で成形金型２から押出
し７て、内径２３ｍｍ、肉厚的３　ｍｍの樹脂管３とし
た。そして、この樹脂管３の表面と補強繊維複合体６の
表面とを熱風式加熱装置４で約１８０°Ｃに加熱しなが
ら、この樹脂管３の外周にテープ状の補強繊維複合体６
を巻回装置５により螺旋状に巻回し融着させて、第１層
目の補強層を形成した。引き続き同様にしてテープ状の
補強繊維複合体６を第１層目と逆方向に螺旋状に巻回し
融着させて、第２層目の補強層を形成した。

なお、ここで用いたテープ状の補強繊維複合体６は、厚
さが約０．５ｍ、幅が約２０１ＩＩｆｆｌテあり、樹脂
管３に接する表層部（約０．０５ｍ５）の繊維含有率が
３容量％、他の部分（約０．４５ｍ）の繊維含有率が３
０容量％である。

このテープ状の補強繊維複合体６は、第２図に示す方法
により、ガラス繊維のロービングを開繊した後、繊維間
に酢酸ビニル含有率１０重量％の塩化ビニル−酢酸ビニ
ル共重合体の粉末を含浸させて成形したガラス繊維の含
有率が３容量％のテープ状の補強繊維複合体６０と、同
様にして成形したガラス繊維の含有率が３０容量％のテ
ープ状の補強繊維複合体６１とを、約１８０°Ｃの温度
で熱圧着して上記共重合体の粉末を溶融させガラス繊維
と一体化させて製造したものである。

次いで、補強層が形成された樹脂管３をクロスヘツド金
型８に導入し、この外周にポリ塩化ビニルを約１８０°
Ｃの温度で被覆して被覆層を形成し、冷却装置９で冷却
し引取機１０で引取り、所定の長さに切断して繊維強化
熱可塑性樹脂管１１を製造した。ライン速度は２ｍ／分
で、管径の寸法精度も良好であった。

この繊維強化熱可塑性樹脂管１１を１ｍに切断し、管内
に９０°Ｃの温水と２５°Ｃの冷水を１５分間隔で交互
に５０００サイクル通水する冷熱繰返し試験を行ったが
、眉間剥離等の異常は全く観察されなかった。

北較贋」 テープ状の補強繊維複合体６として、第２図に示す方法
により、ガラス繊維のロービングを開繊した後、繊維間
に酢酸ビニル含有率１０重量％の塩化ビニル−酢酸ビニ
ル共重合体の粉末を含浸させて成形した厚さが約０．５
＋＋ｕ＋＋、幅が約２０−のテープ状の補強繊維複合体
であって、ガラス繊維率が全体に亘って３０容量％のも
のを用いた。それ以外は実施例１と同様に行った。

得られた繊維強化熱可塑性樹脂管を１ｍに切断し、管内
に９０°Ｃの温水と２５°Ｃの冷水を１５分間隔で交互
に５０００サイクル通水する冷熱繰返し試験を行ったが
、樹脂管と補強繊維複合体との間で眉間剥離が観察され
た。

そこで、樹脂管と補強繊維複合体との融着を強固にする
ために、熱風式加熱装置４による樹脂管３の表面と補強
繊維複合体６の表面との加熱温度を実施例１より高めて
いくと、樹脂管３が変形し管径の寸法精度が低下してい
った。また、樹脂管３の表面と補強繊維複合体６の表面
との加熱温度を実施例１と同じとし、ライン速度を２ｍ
／分から０．５ｍ／分に変更すると、上記冷熱繰返し試
験で眉間剥離は観察されなかったが、生産性が低下する
。

（発明の効果） 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂管の製造方法は、上述の
通り構成されているので、樹脂管の変形が起こらず寸法
精度が良く、しかも樹脂管と補強繊維複合体との融着が
強固で、耐圧性、耐衝撃性、耐熱水性などの繊維補強効
果に優れた繊維強化熱可塑性樹脂管を、能率よく製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明方法の一例を示す概略説明図
である。 ２・・・成形金型、３・・・熱可塑性樹脂管、４・・・
熱風加熱装置、５・・・巻回装置、６・・・補強繊維複
合体、８・・・クロスヘツド金型、９・・・冷却装置、
】０、・、引取機、１１・・・繊維強化熱可塑性樹脂管
、２ｏ・・・補強繊維、３０・・・流動床、４１・・・
加熱ピンチロール、５０・・・引取ピンチロール、６０
．６１・・・補強繊維複合体材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、熱可塑性樹脂管の外周に補強繊維複合体を巻回もし
   くは囲繞しこれを融着させる工程を包含する繊維強化熱
   可塑性樹脂管の製造方法において、上記補強繊維複合体
   として、多数の連続フィラメントよりなる補強繊維が熱
   可塑性樹脂で融着されてなるテープ状物もしくはシート
   状物であって、熱可塑性樹脂管に接する表層部の繊維含
   有率が他の部分に比べて少ない補強繊維複合体を用いる
   ことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂管の製造方法。