(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材を未硬化の放射線硬化性樹脂が入っている含浸槽を通して前記未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させながら、該未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させた繊維強化材を、軸心回りに回転する円筒状型面の外周に巻き付けて、未硬化の放射線硬化性樹脂が含浸されてなる繊維強化樹脂層を形成し、該繊維強化樹脂層に放射線を照射して前記放射線硬化性樹脂を硬化させる繊維強化樹脂管の製造方法において、
前記未硬化の放射線硬化性樹脂が入っている含浸槽、前記未硬化の放射線硬化性樹脂を構成する各成分を混合して配合調整する２槽の混合タンクおよび該それぞれの混合タンクと前記含浸槽の間をつなぐ供給経路が遮光された状態とされていることを特徴とする繊維強化樹脂管の製造方法。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂層の外表面に、さらに繊維強化材に未硬化の放射線硬化性樹脂が含浸されてなる第２の繊維強化樹脂層を形成し、該第２の繊維強化樹脂層に型面表面側から放射線を照射してその放射線硬化性樹脂を硬化させ、複数層の繊維強化樹脂層を形成することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂管の製造方法。
【請求項３】
型面の外周への繊維強化樹脂層の形成は、フィラメントワインディング法により型面外周に周方向繊維補強材を巻き付ける前に、含浸槽内を通過させることにより該補強材に未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させ、この補強材を型面外周に巻き付けることにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合ＦＲＰ管等の繊維強化樹脂管の製造方法に関し、特に、管体の受口を構成する繊維強化樹脂管の製造に適したものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、従来より、長尺のガラス繊維を強化材とする内外の強化樹脂層の間に熱硬化性樹脂を原料とするレジンコンクリート（レジンモルタル）等の中間層を設けたＦＲＰ複合管の開発を行っている（例えば、特開昭５４−１１１５８３号公報、特開平７−２９３８５号公報等参照）。かかるＦＲＰ複合管は、一般のコンクリート管に比して耐食性並びに強度に優れ、軽量であるという利点を有する。
【０００３】
このＦＲＰ複合管同士の接続部分においては、図２に示すように、管本体部２０よりも径が大きく他の管体の端部が挿入される受口２１が利用される。この受口２１は、管本体部２０と環状のストッパーゴム２２を介して接合されている受口用の管体により構成されており、この受口用の管体は管本体部２０とは別途製造されている。この受口用の管体の製造は、従来よりバッチ式のフィラメントワインディング（ＦＷ）成形により行われている。
【０００４】
このＦＷ成形方式によれば、例えば、図３に示すように、樹脂に、硬化剤（メチルエチルケトンパーオキサイド）、硬化促進剤（コバルトナフテネート）及びメチクロを混合槽３０で配合し、この混合槽３０内で混練されてなる熱硬化性樹脂をガラス繊維等の繊維強化材３２とともに円筒状型面３１に供給し、この樹脂を高温で加熱し硬化させ、樹脂管が製造されている。なお、図３において、３３は、未硬化の熱硬化性樹脂が型面から零れ落ちたものを受ける受皿であり、３０ａは、混合槽３０の樹脂を混合攪拌するミキサーであり、３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、夫々樹脂、効果剤、促進剤を貯留するタンクで、３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、夫々上記タンク３４ａ，３４ｂ，３４ｃから混合槽３０に樹脂等を供給するためのポンプである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の製造方法によれば、混合槽３０内を常時混合攪拌する上述のミキサー３０ａが必須であり、また、硬化剤等が配合された熱硬化性樹脂は一定時間経過すると硬化してしまうため、含浸槽内の樹脂の交換及び洗浄が必要であり、製造コストの増大及び生産効率の低下等の問題を有していた。
【０００６】
さらに、上記方法においては、受皿３３によって受けて回収された熱硬化性樹脂は一定時間経過により硬化するため、回収しても再利用することができず、廃棄物の増大という問題をも有していた。
【０００７】
そこで、本発明は、生産効率の向上を図るとともに、廃棄物の発生を低減することのできる繊維強化樹脂管の製造方法を提供とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の技術的手段を講じた。
【０００９】
即ち、本発明は、繊維強化材を未硬化の放射線硬化性樹脂が入っている含浸槽を通して前記未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させながら、該未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させた繊維強化材を、軸心回りに回転する円筒状型面の外周に巻き付けて、未硬化の放射線硬化性樹脂が含浸されてなる繊維強化樹脂層を形成し、該繊維強化樹脂層に放射線を照射して前記放射線硬化性樹脂を硬化させる繊維強化樹脂管の製造方法において、前記未硬化の放射線硬化性樹脂が入っている含浸槽、前記未硬化の放射線硬化性樹脂を構成する各成分を混合して配合調整する２槽の混合タンクおよび該それぞれの混合タンクと前記含浸槽の間をつなぐ供給経路が遮光された状態とされていることを特徴とするものである。
このように、軸心周りに回転する円筒状型面に、少なくとも繊維強化材及び未硬化の放射線硬化性樹脂を供給した後、この樹脂に放射線を照射して硬化させれば、型面に供給される未硬化の樹脂は放射線硬化性のため、紫外線等の放射線が照射されなければ短時間で硬化することがなく、その取り扱いが簡便である。
また、未硬化の放射線硬化性樹脂が入っている含浸槽、未硬化の放射線硬化性樹脂を構成する各成分を混合して配合調整する２槽の混合タンクおよびそれぞれの混合タンクと含浸槽の間をつなぐ供給経路が遮光された状態とされているため、含浸槽内に連続繊維状強化材を通過させることにより強化材に樹脂を含浸させるように構成した場合にも、含浸槽の洗浄等が必須ではない。しかも、型面から零れ落ちたもの回収し、これを再利用することも可能である。
さらに、未硬化の放射線硬化性樹脂を構成する各成分を混合して配合調整する混合タンクが２槽設けられ、それぞれの混合タンクと含浸槽の間が供給経路にてつながれているので、一方の混合タンクが空になった場合には、混合タンクと含浸槽の間をつないでいる供給経路を他方の混合タンクの方に切り替えることで、含浸槽内が空にならないように含浸槽に樹脂を供給することができ、繊維強化樹脂管の生産効率の向上を図ることができる。
【００１０】
なお、放射線硬化性の樹脂としては、高エネルギー放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子線、中性子線、紫外線など）を照射することで硬化する種々のものを用いることができ、例えば紫外線硬化樹脂や電子線硬化樹脂などを用いることが可能である。なお、紫外線のような波長の短い放射線を用いた場合、オゾンが発生しやすいことが知られているが、水銀灯などの４００μｍ付近の波長の放射線を用いることにより環境性を良好なものとできる。
【００１１】
また、本発明の製造方法には、光重合反応型、光変性型、光架橋型などの種々の硬化反応形態の感光性樹脂を用いることができる。
【００１２】
光重合反応型の感光性硬化樹脂は、ある種のモノマーが光重合開始剤によりラジカル重合を開始するという性質を利用したものである。即ち、アクリルアミド、アクリロニトリル、アクリル酸エステルなどのアクリロイル基（ＣＨ2＝ＣＨ−ＣＯ−）を持つモノマーは、光重合開始剤によりラジカル重合を開始し、特に二官能性モノマーが存在すると重合と同じに光橋かけを行う。また、これら二官能性モノマーを感光性のないポリマー（ポリアミドやポリエステルなど）と混合すると、モノマーの重合により生じた三次元網目構造中にポリマーを絡め込んで硬化するため、強固なＦＲＰ層を得ることが可能である。光照射によりカチオン重合開始剤を発生させる光カチオン重合系は、光照射終了後の加熱により有効なポストキュアができることや、多種多様なモノマーの重合が可能であるという利点を備えている。光カチオン重合は、重合が一旦始まると暗所でも重合を継続するリビング重合であり、この点が光照射時のみ重合が進行する光ラジカル重合と異なる。芳香族ジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、スルホニウム塩、スルホン酸エステルなどは、光照射によりルイス酸やブレンステッド酸を発生し、各種エポキシ樹脂、環状エーテル、ラクトン、ビニルモノマーなど、広範囲のモノマーをカチオン重合することができる。
【００１３】
光重合開始型の中でも、特に紫外線硬化樹脂は、無溶媒による低公害、高速硬化による高い生産性、省スペース、低エネルギー硬化などの利点を備えている。
【００１４】
なお、光硬化に用いられる樹脂としては、オルソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、イソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂、ビスフェノール系不飽和ポリエステル樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂の組成は、用途に応じて適宜のものとすることができる。例えば、粘度調整は、モノマーの量や分子量によって調整することが可能である。
【００１５】
光架橋反応型の感光性樹脂は、光架橋反応によりポリマーが不溶化することを利用したもので、ポリマー間の架橋は、側鎖官能基間の二量化反応によるものと、樹脂中に分散されている低分子の光架橋剤がポリマー間の架橋を行うものとに大別できる。
【００１６】
光変性型の感光性樹脂は、高分子中の感光基または高分子バインダー中の感光性物質が、光によりその分子構造の一部を変化させ、それにより物質変化、特に溶解度の変化を引き起こす反応を利用したものである。
【００１７】
上記本発明の製造方法において、型面への樹脂及び繊維強化材の供給は、例えば、予め未硬化の樹脂を繊維強化材からなる布状体に含浸させ、この布状体を型面に巻回することにより行うことも可能である。また、型面に未硬化の樹脂を滴下する方法、また型面表面の未硬化の樹脂に細かく裁断された繊維強化材を落下させる方法なども採用することができる。
【００１８】
また、本発明の製法にあっては、樹脂を順次供給・硬化して、複数層の繊維強化樹脂層を形成するよう設けることによって、十分な肉厚の樹脂繊維強化樹脂部分を有する樹脂管を製造できる。即ち、前記繊維強化樹脂層の外表面に、さらに繊維強化材に未硬化の放射線硬化性樹脂が含浸されてなる第２の繊維強化樹脂層を形成し、該第２の繊維強化樹脂層に型面表面側から放射線を照射してその放射線硬化性樹脂を硬化させ、複数層の繊維強化樹脂層を形成することができる。このように、既に型面に供給された繊維強化材及び樹脂の表面に、さらに繊維強化材及び放射線硬化性の樹脂を供給し、この表面層の樹脂を型面表面側から放射線を照射して硬化させる方法を採用することで、一回あたりの樹脂及び強化繊維材の供給量を調整して、放射線の照射により確実に硬化できるようにし、この供給及び照射の工程を複数回繰り返すことによって、所望肉圧の繊維強化樹脂部分を有する樹脂管を製造できる。なお、供給された樹脂を、常に、次の樹脂が供給される前に放射線照射により硬化させることもできるが、一層目の樹脂は二層目の樹脂が供給された後に、放射線を照射して硬化させることも可能である。即ち、最内層となる樹脂が未硬化の状態で、その表面に二層目の樹脂及び繊維強化材を供給し、その後、これに放射線を照射して、硬化させることによって、所望の肉厚のＦＲＰ槽を短時間で成形できる。
【００１９】
さらに、上記本発明の製造方法において、型面の外周への繊維強化樹脂層の形成は、次のように行うことが好ましい。即ち、フィラメントワインディング法により型面外周に周方向繊維補強材を巻き付ける前に、含浸槽内を通過させることにより該補強材に未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させ、この補強材を型面外周に巻き付けることにより繊維強化樹脂槽を形成する。なお、含浸槽に周方向補強繊維を通過させる前に、該周方向補強繊維に、チョップ用ロービングなどの軸方向補強繊維を織り込んでおくことができる。これによれば、軸方向補強繊維を別途型面に供給する工程が必要でなく、さらなる工程の最適化を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の製造方法を実施するための成形装置の一例を示した概略構成図である。まず、この成形装置の構成について説明すると、回転軸を中心として回転する円筒形の回転金型１と、この回転金型１の外周面の型面に未硬化の樹脂及び繊維強化材４を供給する供給手段３と、この型面に供給された樹脂を硬化するための照射装置１１とを備えている。
【００２２】
前記供給手段３は、連続繊維状補強材からなる周方向補強繊維４ａ，４ｂに所定長さに裁断されたロービングからなる軸方向補強繊維４ｂを挟み込んでなる繊維補強材４を案内するローラ５と、この帯状の繊維補強材４に未硬化の放射線硬化性樹脂を含浸させる含浸槽６と、この含浸槽６に供給する樹脂を配合する混合タンク７とを有している。
【００２３】
なお、本実施形態においては上記樹脂として紫外線硬化樹脂を用いている。紫外線硬化樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂又はウレタン樹脂などを用いることができ、これに光重合開始剤を添加混合したものを利用できる。光重合開始剤としては種々のものを利用でき、例えばＢＡＳＦ社製の「ルシリンＴＰＯ」や、チバガイギー社製のラジカル系光重合開始材である「イリガキュア８１９」などを好適に用いることができる。
【００２４】
上記混合タンク７は、例えば屋外等に設置された樹脂タンク（図示省略）に接続されており、混合タンク７が空になった場合には、樹脂タンクから樹脂が供給されるように設けられている。また、このように樹脂タンクから供給され混合タンク７内の樹脂が所定量となった時には、混合タンク７には所定量の放射性触媒が添加されるよう設けられている。上記混合タンク７は、図示例においては二槽設けられており、空でない何れか一方のタンクからポンプ８によって前記含浸槽６に樹脂を供給するように設けられている。
【００２５】
また、この混合タンク７、含浸槽６、並びに、その供給経路９は、遮光されており、混合タンク７内部等における樹脂の硬化が防止されている。
【００２６】
前記含浸槽６で樹脂が含浸された繊維補強材４は、金型１の外周面の型面に順次巻き付けられるが、その際に樹脂を繊維強化材４に均一に含浸させるための均し部材１０が回転進行側に設けられている。この均し部材１０は、回転金型１の外周と略接触するように近接する位置で回転可能に設けられたローラから構成されている。なお、均し部材１０によって、樹脂は肉厚２〜３ｍｍ程度に均されるように設けられている。また、均し部材１０に付着した余剰の未硬化の樹脂は、別途回収手段によって回収するよう設けることも可能であり、また、未硬化の樹脂が型面から零れ落ちたものを回収する受皿を設けることも可能である。
【００２７】
さらに、前記照射装置１１は、供給手段３（均し部材１０）の回転進行側に設けられており、本実施形態においては紫外線照射装置１１を採用している。この紫外線照射装置１１は、水銀灯から照射される紫外線を型面の周方向に一定領域に均一に照射させるためのリフレクターを備えている。したがって、型面上に未硬化の状態で供給された紫外線硬化樹脂は、上記照射装置１１から照射される紫外線によって即座に硬化されることになる。
【００２８】
次に、上記成形装置を用いた製造方法について説明する。
【００２９】
まず、混合タンク７で配合された紫外線硬化樹脂を含浸槽６に供給する。なお、配合及び含浸槽６への供給に際しては、遮光された状態で行われる。そして、含浸槽６内で遮光されている樹脂を繊維強化材４に含浸して、金型１の型面に巻き付けて、均し部材１０によって一定厚さに樹脂を均すことになる。
【００３０】
そして、上記のように型面に供給された樹脂を、照射装置１１の照射によって硬化させ、更にその樹脂層の外周面に供給手段３によって樹脂及び繊維強化材４が供給され、この樹脂を照射装置１１によって硬化させていき、複数層の樹脂層からなる所望の肉厚を有する繊維強化樹脂管を製造する。
【００３１】
なお、樹脂の供給が開始された一回転目は照射装置１１による照射を行わず、第一層目の樹脂は未硬化のままで第二層目の樹脂及び繊維強化材４の供給を行い、第二層目から照射装置１１による硬化を行うことが好ましい。
【００３２】
上記製造方法によれば、紫外線硬化樹脂を用いるものであるので、その取扱いが容易である。即ち、混合タンク７を遮光することによって不用意な樹脂の硬化を防止することができ、常時攪拌混合するためのミキサーが必須ではないという利点を有する。また、含浸槽６も遮光しておくことによって、上記樹脂の硬化を防止でき、含浸槽６の頻繁な洗浄等が不要となる利点を有する。
【００３３】
しかも、照射装置１１によってその外周面側から樹脂は照射されて硬化するので、各層の樹脂はその表面部分から硬化を開始し、既に硬化された表面の樹脂膜によって有機溶剤等の放出を防止できるという利点を有する。
【００３４】
また、均し部材１０等によって回収された樹脂を再度混合槽（あるいは含浸槽６）に返送することによって、資源の有効利用が図られるとともに、廃棄物の減少を図ることも可能である。
【００３５】
さらに、従来の熱硬化性樹脂を用いた場合における硬化剤・促進剤のためのポンプが必須でなくなるとともに、硬化剤等の直接的な混合による火災の危険性も回避することができる。
【００３６】
また、均し部材１０によって、一回の照射で硬化される厚みに的確に均した状態とすることにより、照射装置１１の照射により樹脂を的確に硬化することかできるとともに、既に硬化した樹脂層の表面に更に未硬化の樹脂を供給して、これを硬化するものゆえ、所望厚さの樹脂管を製造することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することが可能である。例えば、均し部材１０は、本発明において必須の要件ではなく、また均し部材１０を設ける場合においても、ローラ状のものに限らず、プレート状のものを用いることもできる。
【００３８】
また、上記実施形態ではバッチ式の成形工程を採用したが、例えばベロック社製の連続成形装置を用いて、連続的にＦＲＰ管を製造することも可能である。さらに、上記実施形態の説明においては放射線硬化性の樹脂から樹脂管を製造することについてのみ説明したが、例えば、最内面層として不織布等の保護層を設けることもでき、この場合には第一層の樹脂の供給の前に、不織布等を型面に巻き付けておけば良い。また、最外層として不織布等の保護層を設けることもでき、この場合には最上層の樹脂の硬化の後に、不織布等を巻き付ければ良い。また、中間層としてレジンモルタル層を設けることも適宜設計変更可能な事項である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、放射線硬化性樹脂を成形材料として用いるものであり、この放射線硬化性樹脂は、紫外線等の放射線が照射されなければ短時間で硬化することがなく、その取り扱いが簡便である。また、未硬化の放射線硬化性樹脂が入っている含浸槽、未硬化の放射線硬化性樹脂を構成する各成分を混合して配合調整する混合タンクおよびこの混合タンクと含浸槽の間をつなぐ供給経路が遮光された状態とされているため、型面への巻き付け前に繊維強化材に樹脂を含浸させるための含浸槽を設けた場合、この含浸槽の洗浄等が必須ではなく、したがって、その生産効率の向上を図ることかできる。また、未硬化の放射線硬化性樹脂を構成する各成分を混合して配合調整する混合タンクが２槽設けられ、それぞれの混合タンクと含浸槽の間が供給経路にてつながれているので、一方の混合タンクが空になった場合には、混合タンクと含浸槽の間をつないでいる供給経路を他方の混合タンクの方に切り替えることで、含浸槽内が空にならないように含浸槽に樹脂を供給することができ、繊維強化樹脂管の生産効率の向上を図ることができる。さらに、型面から零れ落ちたもの等を回収することで、これを再度利用することができ、資源の有効利用を図ることかできるとともに、廃棄物の発生を低減することができる。
【００４０】
また、既に型面に供給された繊維強化材及び樹脂の表面に、さらに繊維強化材及び放射線硬化性の樹脂を供給し、この表面層の樹脂を型面表面側から放射線を照射して硬化させる方法を採用することで、一回あたりの樹脂及び強化繊維材の供給量を、放射線の照射により確実に硬化できる量に、調整できるとともに、この供給及び照射の工程を複数回繰り返すことによって、所望肉圧の繊維強化樹脂部分を有する樹脂管を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を実施するためのＦＲＰ管の成形装置の実施形態を示す簡略正面図である。
【図２】ＦＲＰ管の構造の概略を示す一部断面を含む側面図である。
【図３】従来の管体の受口用のＦＲＰ管を製造するための成形装置を示す簡略正面図である。
【符号の説明】
１  金型
３  供給手段
４  布状体（繊維強化材）
６  含浸槽
７  混合タンク
１０  均し部材
１１  照射装置
【図１】
0004481424.tif 000002
【図２】
0004481424.tif 000003
【図３】
0004481424.tif 000004