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技術 テープワインディングパイプ及びその製造方法

出願人 三井化学株式会社
発明者 田中徹伊崎健晴
出願日 2019年3月27日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2019-060675
公開日 2020年10月1日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-157643
状態 未査定
技術分野 型の被覆による成形、強化プラスチック成形
主要キーワード 含有元素量 フレキシブルヒーター 加工処理用 建設用資材 無機酸化物繊維 加工処理前 レーザー融着 局部発熱
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (3)

課題

少なくとも一部の表面の凹凸が小さく、また別のパイプの内部に良好に挿入できるテープワインディングパイプ及びその製造方法を提供する。

解決手段

繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物層を有するテープワインディングパイプ1の製造方法において、テープワインディングパイプ1の少なくとも一方の端部を含む部分を、前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し加圧する加工処理工程を有するテープワインディングパイプ1の製造方法、並びに、一方の端部の端面Xの外径[D(X2)]と、他方の端部の端面Yの外径[D(Y1)]との差[D(Y1)−D(X2)]が200μm以上でテープワインディングパイプ1。

概要

背景

繊維強化樹脂成形体はその力学的強度金属材料に対する軽量性の観点で工業用材料分野にて広く利用されている。特に炭素繊維強化樹脂炭素繊維が有する優れた力学的特性と軽量性を反映し優れた性能を発揮することが知られている。そして、繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物からなるテープを用い、テープワインディング法によってパイプ成形する方法が幾つか知られている。

例えば特許文献1には、樹脂含浸させた強化繊維ワインディングコア巻き取りテープワインディングパイプを製造する方法が記載されている。また特許文献2には、一方向性繊維強化樹脂組成物層からなるテープを用い、テープワインディング法によって互いに異なる特定配向角度で複数積層したテープワインディングパイプが記載されている。

概要

少なくとも一部の表面の凹凸が小さく、また別のパイプの内部に良好に挿入できるテープワインディングパイプ及びその製造方法を提供する。繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物層を有するテープワインディングパイプ1の製造方法において、テープワインディングパイプ1の少なくとも一方の端部を含む部分を、前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し加圧する加工処理工程を有するテープワインディングパイプ1の製造方法、並びに、一方の端部の端面Xの外径[D(X2)]と、他方の端部の端面Yの外径[D(Y1)]との差[D(Y1)−D(X2)]が200μm以上でテープワインディングパイプ1。

目的

本発明の目的は、少なくとも一部の表面の凹凸が小さいテープワインディングパイプ及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物層を有するテープワインディングパイプの製造方法において、テープワインディングパイプの少なくとも一方の端部を含む部分を、前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し加圧する加工処理工程を有するテープワインディングパイプの製造方法。

請求項2

加工処理工程において、テープワインディングパイプの一部分であって、少なくとも一方の端部を含む部分を加圧する請求項1に記載のテープワインディングパイプの製造方法。

請求項3

加工処理工程において、加圧する圧力が0.1〜30MPaである請求項1又は2に記載のテープワインディングパイプの製造方法。

請求項4

テープワインディングパイプの加工処理工程によって加工処理された端部の端面Xの外径[D(X2)]と、加工処理する前の端部の端面Xの外径[D(X1)]との差[D(X1)−D(X2)]が200μm以上である請求項1〜3の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

請求項5

テープワインディングパイプの加工処理工程によって加工処理された部分の算術平均粗さRaが、2.0μm以下である請求項1〜4の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

請求項6

テープワインディングパイプが、下記の要件(I)及び(II)を満たすパイプ内面より(α)〜(γ)の3層とパイプの外面より内面と対称の(δ)〜(ζ)の3層を層最小の構成として持ち、その間に複数の任意の角度の層を持っていてもよい積層構造を有する請求項1〜5の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。要件(I):(α)〜(ζ)層は、繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂組成物層である。要件(II):パイプの中心軸基準軸としたとき、(α)〜(ζ)層の基準軸に対する配向軸の角度が、下記の関係を満たす。(α)層:60°〜85°(β)層:−85°〜−60°(γ)層:0°〜40°(δ)層:−40°〜0°(ε)層:60°〜85°(ζ)層:−85°〜−60°ここで(α)層と(β)層、(ε)層と(ζ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。6層で構成されるパイプの場合は、(γ)層と(δ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。

請求項7

繊維強化樹脂組成物層中の繊維が、炭素繊維を含む請求項1〜6の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

請求項8

繊維強化樹脂組成物層中の樹脂が、オレフィン系重合体を含む請求項1〜7の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

請求項9

繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物層を含むテープワインディングパイプであって、一方の端部の端面Xの外径[D(X2)]と、他方の端部の端面Yの外径[D(Y1)]との差[D(Y1)−D(X2)]が200μm以上であることを特徴とするテープワインディングパイプ。

請求項10

一方の端部の端面Xから他方の端部の端面Y方向に1cm離れた箇所において、パイプの周方向に測定した算術平均粗さRaが2.0μm以下である請求項9に記載のテープワインディングパイプ。

請求項11

テープワインディングパイプが、下記の要件(I)及び(II)を満たすパイプの内面より(α)〜(γ)の3層とパイプの外面より内面と対称の(δ)〜(ζ)の3層を層最小の構成として持ち、その間に複数の任意の角度の層を持っていてもよい積層構造を有する請求項9又は10に記載のテープワインディングパイプ。要件(I):(α)〜(ζ)層は、繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂組成物層である。要件(II):パイプの中心軸を基準軸としたとき、(α)〜(ζ)層の基準軸に対する配向軸の角度が、下記の関係を満たす。(α)層:60°〜85°(β)層:−85°〜−60°(γ)層:0°〜40°(δ)層:−40°〜0°(ε)層:60°〜85°(ζ)層:−85°〜−60°ここで(α)層と(β)層、(ε)層と(ζ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。6層で構成されるパイプの場合は、(γ)層と(δ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。

請求項12

繊維強化樹脂組成物層中の繊維が、炭素繊維を含む請求項9〜11の何れかに記載のテープワインディングパイプ。

請求項13

繊維強化樹脂組成物層中の樹脂が、オレフィン系重合体を含む請求項9〜12の何れかに記載のテープワインディングパイプ。

技術分野

0001

本発明は、少なくとも一部の表面の凹凸が小さいテープワインディングパイプ及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

繊維強化樹脂成形体はその力学的強度金属材料に対する軽量性の観点で工業用材料分野にて広く利用されている。特に炭素繊維強化樹脂炭素繊維が有する優れた力学的特性と軽量性を反映し優れた性能を発揮することが知られている。そして、繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物からなるテープを用い、テープワインディング法によってパイプ成形する方法が幾つか知られている。

0003

例えば特許文献1には、樹脂含浸させた強化繊維ワインディングコア巻き取りテープワインディングパイプを製造する方法が記載されている。また特許文献2には、一方向性繊維強化樹脂組成物層からなるテープを用い、テープワインディング法によって互いに異なる特定配向角度で複数積層したテープワインディングパイプが記載されている。

先行技術

0004

特表2015−505753号公報
国際公開第2018/135562号

発明が解決しようとする課題

0005

テープワインディングパイプはその積層数や樹脂の含浸量が部分的に異なるので、通常は表面に凹凸が存在する。したがってテープワインディングパイプを、例えばその外径とほぼ等しい内径を有する別のパイプの内部に挿入する際には、表面の凹凸によって挿入しにくかったり、逆に挿入できるが隙間が空いてしまうといった不具合が生じる場合がある。このような不具合は、金属製や樹脂製のパイプには無い、繊維強化樹脂組成物製のテープワインディングパイプの特有の問題である。

0006

すなわち本発明の目的は、少なくとも一部の表面の凹凸が小さいテープワインディングパイプ及びその製造方法を提供することにある。

0007

さらに本発明のもう一つの目的は、その外径とほぼ等しい内径を有する別のパイプの内部に良好に挿入できるテープワインディングパイプ及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明者らは、上記課題を解決する為に鋭意検討した結果、テープワインディングパイプの少なくとも一部を加熱して加圧することが非常に有効であることを見出した。即ち本発明は、以下の事項により特定される。

0009

[1]繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物層を有するテープワインディングパイプの製造方法において、
テープワインディングパイプの少なくとも一方の端部を含む部分を、前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し加圧する加工処理工程を有するテープワインディングパイプの製造方法。

0010

[2]加工処理工程において、テープワインディングパイプの一部分であって、少なくとも一方の端部を含む部分を加圧す[1]に記載のテープワインディングパイプの製造方法。

0011

[3]加工処理工程において、加圧する圧力が0.1〜30MPaである[1]又は[2]に記載のテープワインディングパイプの製造方法。

0012

[4]テープワインディングパイプの加工処理工程によって加工処理された端部の端面Xの外径[D(X2)]と、加工処理する前の端部の端面Xの外径[D(X1)]との差[D(X1)−D(X2)]が200μm以上である[1]〜[3]の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

0013

[5]テープワインディングパイプの加工処理工程によって加工処理された部分の算術平均粗さRaが、2.0μm以下である[1]〜[4]の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

0014

[6]テープワインディングパイプが、下記の要件(I)及び(II)を満たすパイプの内面より(α)〜(γ)の3層とパイプの外面より内面と対称の(δ)〜(ζ)の3層を層最小の構成として持ち、その間に複数の任意の角度の層を持っていてもよい積層構造を有する[1]〜[5]の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。
要件(I):(α)〜(ζ)層は、繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂組成物層である。
要件(II):パイプの中心軸基準軸としたとき、(α)〜(ζ)層の基準軸に対する配向軸の角度が、下記の関係を満たす。
(α)層:60°〜85°
(β)層:−85°〜−60°
(γ)層:0°〜40°
(δ)層:−40°〜0°
(ε)層:60°〜85°
(ζ)層:−85°〜−60°
ここで(α)層と(β)層、(ε)層と(ζ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。
6層で構成されるパイプの場合は、(γ)層と(δ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。

0015

[7]繊維強化樹脂組成物層中の繊維が、炭素繊維を含む[1]〜[6]の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

0016

[8]繊維強化樹脂組成物層中の樹脂が、オレフィン系重合体を含む[1]〜[7]の何れかに記載のテープワインディングパイプの製造方法。

0017

[9]繊維が一方向に配向した熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂組成物層を含むテープワインディングパイプであって、
一方の端部の端面Xの外径[D(X2)]と、他方の端部の端面Yの外径[D(Y1)]との差[D(Y1)−D(X2)]が200μm以上であることを特徴とするテープワインディングパイプ。

0018

[10]一方の端部の端面Xから他方の端部の端面Y方向に1cm離れた箇所において、パイプの周方向に測定した算術平均粗さRaが2.0μm以下である[9]に記載のテープワインディングパイプ。

0019

[11]テープワインディングパイプが、下記の要件(I)及び(II)を満たすパイプの内面より(α)〜(γ)の3層とパイプの外面より内面と対称の(δ)〜(ζ)の3層を層最小の構成として持ち、その間に複数の任意の角度の層を持っていてもよい積層構造を有する[9]又は[10]に記載のテープワインディングパイプ。
要件(I):(α)〜(ζ)層は、繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂組成物層である。
要件(II):パイプの中心軸を基準軸としたとき、(α)〜(ζ)層の基準軸に対する配向軸の角度が、下記の関係を満たす。
(α)層:60°〜85°
(β)層:−85°〜−60°
(γ)層:0°〜40°
(δ)層:−40°〜0°
(ε)層:60°〜85°
(ζ)層:−85°〜−60°
ここで(α)層と(β)層、(ε)層と(ζ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。
6層で構成されるパイプの場合は、(γ)層と(δ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。

0020

[12]繊維強化樹脂組成物層中の繊維が、炭素繊維を含む[9]〜[11]の何れかに記載のテープワインディングパイプ。

0021

[13]繊維強化樹脂組成物層中の樹脂が、オレフィン系重合体を含む[9]〜[12]の何れかに記載のテープワインディングパイプ。

発明の効果

0022

本発明によれば、少なくとも一部の表面の凹凸が小さく、また、その外径とほぼ等しい内径を有する別のパイプの内部に良好に挿入できるテープワインディングパイプ及びその製造方法を提供できる。

図面の簡単な説明

0023

本発明のテープワインディングパイプの製造方法の一実施形態を示す模式図である。
本発明のテープワインディングパイプの各実施形態を示す模式図である。

0024

<テープワインディングパイプの製造方法>
図1は、本発明のテープワインディングパイプの製造方法の一実施形態を示す模式図であり、具体的には、テープワインディングパイプ1の少なくとも一方の端部を含む部分を、熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し加圧する加工処理工程の一実施形態を示す模式図である。

0025

図1に示す実施形態においては、まず所望の外径及び長さを有するテープワインディングパイプ1を用意する。このテープワインディングパイプ1の太さは一定である。したがって、テープワインディングパイプ1の一方の端部(下側の端部)の端面Xの外径[D(X1)]と、他方の端部(上側の端部)の端面Yの外径[D(X1)]は同じである。

0026

そして図1に示すように、テープワインディングパイプ1の下側の端部を含む下側半分程度の外周面金型2で挟む。この金型2は、テープワインディングパイプ1の熱可塑性樹脂の融点以上の温度に予め加熱しておいたものである。なお、図1においては、テープワインディングパイプ1と金型2の位置関係を分かり易くする為に左右の金型2のみを図示するが、実際には前後にも金型2を配置する。すなわちこの金型2は、後述する実施例で使用した金型と同様に合計4つの部分からなる4分割金型であり、この4つの部分を組み合わせることにより、テープワインディングパイプ1の下側半分の外周面全体を覆う構成になっている。

0027

図1に示す実施形態においては、このような金型2を用いてテープワインディングパイプ1を加熱し加圧する加工処理工程を実施する。その結果、加工処理された部分1aの表面の凹凸が均されて小さくなり、同時に端面Xの外径は加工処理前よりも若干小さい外径[D(X2)]になる。このような加工処理が施されたテープワインディングパイプ1は、例えば、その外径[D(X2)]とほぼ等しい内径を有する別のパイプの内部に良好に挿入できる。なお、加工処理された部分1aの厚さは若干薄くなり、一般的には強度が低下することが予想される。しかし、加圧により樹脂がより均一に繊維に含浸するため、その強度を維持できる。

0028

図1に示す実施形態においては、テープワインディングパイプ1の下側の端部を含む下側半分程度の外周面を加工処理しているが、本発明はこれに限定さない。例えば、テープワインディングパイプ1全体を加工処理しても良い。ただし、テープワインディングパイプ1の端部のみを別のパイプの内部に挿入し易くすることを目的する場合は、テープワインディングパイプ1の一部分であって、少なくとも一方の端部を含む部分を加工処理すれば足りる。また、テープワインディングパイプ1の両方の端部のみを各々別のパイプの内部に挿入し易くすることを目的する場合は、両方の端部を含む部分(中間部は除く)を加工処理すれば良い。

0029

本発明において、加工処理工程における加熱温度は、テープワインディングパイプ1に含まれる熱可塑性樹脂(通常はマトリックス樹脂)の融点(Tm)以上の温度である。このような温度で加熱することにより、マトリックス樹脂が溶融し、パイプ1の表面が加圧により良好に変形できる状態になる。樹脂の分解を抑制する点及び良好に成形する点から、加熱温度は好ましくはTm〜(Tm+150)℃、より好ましくは(Tm+10)〜(Tm+60)℃である。

0030

加熱方法は特に制限されず、公知の様々な加熱方法を用いることができる。具体例としては、カートリッジヒーターバンドヒーター巻き付けヒーターマントルヒーター、埋め込みヒーター、ラバーヒータ—、フレキシブルヒーター鋳込みヒーター、面状ヒーター等の装置を用いた加熱方法が挙げられる。

0031

本発明において、加工処理工程における加圧の圧力は、好ましくは0.1〜30MPa、より好ましくは0.5〜20MPa、特に好ましくは1〜10MPaである。圧力がこの範囲であると加工処理部分に割れが生じにくい傾向にあり、また高い寸法精度で成形できる傾向にある。

0032

加圧時間は、好ましくは10〜1800秒、より好ましくは120〜1000秒、特に好ましくは300〜900秒である。加圧時間がこの範囲であると、成形品に割れがなく、寸法精度を高く成形することができる。

0033

加圧方法は特に制限されず、パイプの外側から圧力をかける方法であれば良く、公知の様々な加圧方法を用いることができる。具体例としては、圧着ソケットパイプバイスベルトレンチホースバンドトルクレンチ等の装置を用いた加圧方法が挙げられる。

0034

本発明において、テープワインディングパイプの加工処理工程によって加工処理された端部の端面Xの外径[D(X2)]と、加工処理する前の端部の端面Xの外径[D(X1)]との差[D(X1)−D(X2)]は、好ましくは200μm以上、より好ましくは300〜600μmである。

0035

本発明において、加工処理された部分1aのパイプの周方向に測定した算術平均粗さRaは、好ましくは2.0μm以下、より好ましくは0.1〜1.5μmである。算術平均粗さRaがこの範囲内であると、例えば、端面Xの外径[(D(X2))]とほぼ等しい内径を有する別のパイプに特にスムーズに挿入することができる傾向にあり、また隙間も生じにくい傾向にある。算術平均粗さRaの測定方法の詳細は、後述する実施例の欄に記載する。

0036

<テープワインディングパイプ>
図2(A)〜(C)は、本発明のテープワインディングパイプの各実施形態の示す模式図である。図2(A)〜(C)に示すように、本発明のテープワインディングパイプの一方の端部の端面Xの外径[D(X2)]は、他方の端部の端面Yの外径[D(Y1)]よりも小さいものであり、具体的には、その差[D(Y1)−D(X2)]は200μm以上であり、好ましくは300〜600μmである。

0037

このような両端部の端面X及びYの外径が異なるテープワインディングパイプは、別のパイプの内部に端面X側から良好に挿入できる。また、本発明のテープワインディングパイプは、先に説明した製造方法によって良好に製造できる。この場合、加工処理された部分1aは、先に説明した通り表面の凹凸が均されて小さくなる。したがって、例えば、その外径[D(X2)]とほぼ等しい内径を有する別のパイプの内部にも良好に挿入できる。

0038

図2(A)に示す実施形態では、加工処理された部分1aの外径は一定であり、外周面はパイプの長さ方向に対して平行な面になっており、加工処理された部分1aとそれ以外の部分の境界には段差を有する。

0039

図2(B)に示す実施形態では、加工処理された部分1aの外径は端面Xに方向に向けて小さくなっており、外周面はパイプの長さ方向に対して内側に傾斜した面になっており、加工処理された部分1aとそれ以外の部分の境界には段差を有する。

0040

図2(C)に示す実施形態では、加工処理された部分1aの外径は端面Xに方向に向けて小さくなっており、外周面はパイプの長さ方向に対して内側に傾斜した面になっており、加工処理された部分1aとそれ以外の部分の境界に段差を有していない。

0041

以上の図2(A)〜(C)に示すように、本発明のテープワインディングパイプの加工処理された部分1aの形状は特に限定されず、端面Xの外径[D(X2)]が他方の端部の端面Yの外径[D(Y1)]よりも小さいものであれば良い。

0042

本発明のテープワインディングパイプは、加工処理された部分1aのパイプの周方向に測定した算術平均粗さRaが2.0μm以下であることが好ましく、0.1〜1.5μmであることがより好ましい。算術平均粗さRaがこの範囲内であると、先に説明した製造方法の場合と同様に、例えば、端面Xの外径[(D(X2))]とほぼ等しい内径を有する別のパイプに特にスムーズに挿入することができる傾向にあり、また隙間も生じにくい傾向にある。算術平均粗さRaの測定方法の詳細は、後述する実施例の欄に記載する。

0043

以下、本発明のテープワインディングパイプの好ましい層構成やその層に用いる繊維強化樹脂組成物について説明する。

0044

本発明のテープワインディングパイプは、パイプの内面より(α)〜(γ)の3層と、パイプの外面より内面と対称の(δ)〜(ζ)の3層を層最小の構成として持ち、その間に複数の任意の角度の層を持っていてもよい積層構造を有することが好ましい。(α)〜(ζ)層は、繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂組成物層である。パイプの中心軸を基準軸としたとき、(α)〜(ζ)層の基準軸に対する配向軸の角度は、下記の関係を満たすことが好ましい。
(α)層:60°〜85°
(β)層:−85〜−60°
(γ)層:0°〜40°
(δ)層:−40°〜0°
(ε)層:60°〜85°
(ζ)層:−85°〜−60°

0045

(β)層の角度は、(α)層の角度と絶対値が同じで、正負が逆の角度であることが好ましい。(δ)層の角度は、(γ)層の角度と絶対値が同じで、正負が逆の角度であることが好ましい。(ζ)層の角度は、(ε)層の角度と絶対値が同じで、正負が逆の角度であることが好ましい。

0046

ここで(α)層と(β)層、(ε)層と(ζ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。また、6層で構成されるパイプの場合は、(γ)層と(δ)層は、トラバース巻きで部分的に交差していてもよい。トラバース巻きとは、回転するマンドレルにテープを巻きつけるヘッドが、一定速度で左から右に動き、その後、右から左に動く動作を繰り返して、マンドレル表面をすべて埋めるように巻きつけてゆく巻き方である。トラバース巻きを行う場合、例えば、+80°の層と−80°の層が一定の規則性を持って交互に表面に出てくる。

0047

より好ましい各層の角度の範囲は以下の通りである。
(α)層:70°〜80°
(β)層:−80°〜−70°
(γ)層:10°〜20°
(δ)層:−20°〜−10°
(ε)層:70°〜80°

0048

(ζ)層:−80°〜−70°

0049

本発明のテープワインディングパイプ1においては、パイプの内面より(α)〜(γ)の3層と、パイプの外面より内面と対称の(δ)〜(ζ)の3層を層最小の構成として持ち、その間に複数の任意の角度の層を持っていてもよい。(α)/(β)/(γ)と(δ)/(ε)/(ζ)を層最小の構成とし、12層構成の場合は、例えば(α)〜(γ)と(δ)〜(ζ)の間に、(φ)/(η)/(κ)/(λ)/(μ)/(π)の層が挿入される。具体的には、(α)/(β)/(γ)/(φ)/(η)/(κ)/(λ)/(μ)/(π)/(δ)/(ε)/(ζ)の12層構成になる。層の総数奇数である15層構成の場合は、例えば(α)〜(γ)と(δ)〜(ζ)の間に、(φ)/(η)/(κ)/(λ)/(μ)/(π)/(ρ)/(Ψ)/(θ)の層が挿入される。具体的には、(α)/(β)/(γ)/(φ)/(η)/(κ)/(λ)/(μ)/(π)/(ρ)/(Ψ)/(θ)/(δ)/(ε)/(ζ)の15層構成になる。15層中の7〜9層目の(λ)/(μ)/(π)はトラバース巻きをすることができないので、単独の層としてワインディングを行う。6層、12層、15層の場合を例示したが、所望のパイプの肉厚に合わせて、6層以上の層数であれば何層でも任意の層を設けることができる。

0050

以上説明した積層構造を有していれば、曲げ剛性圧縮剛性とのバランスに優れたテープワインディングパイプ1が得られる。

0051

本発明のテープワインディングパイプ1の積層構造は、例えば、後述の繊維強化樹脂組成物を公知の方法でテープ形状に加工し、これを公知のレーザー融着方法を併用したテープワインディング法でテープ表面を溶融させながらマンドレルに接触させつつ、融着して得られる。

0052

<繊維強化樹脂組成物層>
本発明のテープワインディングパイプ1に含まれる繊維化樹脂組成物層としては、繊維が一方向に配向した公知の繊維強化樹脂組成物層を制限なく使用できる。繊維強化樹脂組成物層中の繊維(以下「強化繊維」とも言う)は、炭素繊維及び無機酸化物繊維からなる群より選ばれる1種以上の繊維であることが好ましい。具体例としては、金属酸化物繊維ガラス繊維モスハイジ(塩基性硫酸マグネシウム無機繊維)、炭酸カルシウムウィスカーが挙げられる。無機酸化物繊維としては、特にガラス繊維が好ましい。炭素繊維としては、公知の炭素繊維を制限なく使用出来る。以上の各強化繊維の中では、炭素繊維が最も好ましい。

0053

繊維強化樹脂組成物層を形成する樹脂としては、公知の物を制限なく使用出来る。具体的には、強化繊維シート使用可能なことが知られている公知の熱可塑性樹脂を制限なく使用出来る。その具体例としては、アクリル系重合体ポリエステル系重合体ポリカーボネート系重合体ポリアミド系重合体スチレン系重合体、オレフィン系重合体が挙げられる。特に、オレフィン系重合体が好ましく、プロピレン系重合体エチレン系重合体がより好ましく、プロピレン系重合体が最も好ましい。

0054

繊維強化樹脂組成物層を構成する繊維強化樹脂組成物の好ましい例としては、強化繊維(C)と、炭素原子数2〜20の構造単位を含み、融点又はガラス転移温度が50〜300℃の重合体(I)と、好ましくは色素(P)とを含む組成物が挙げられる。繊維強化樹脂組成物のより好ましい例としては、以下に説明する強化繊維束(強化繊維(C)の束)と、マトリックス樹脂と、好ましくは色素(P)とを含む組成物が挙げられる。

0055

強化繊維束は、炭素原子数2〜20のオレフィン単位を含むポリオレフィンであり、プロピレン単位が好ましくは50モル%以上であるプロピレン系樹脂(A)と、重合体鎖に結合したカルボン酸塩を少なくとも含むプロピレン系樹脂(B)と、強化繊維(C)を含むことが好ましい。

0056

強化繊維束中のプロピレン系樹脂(A)は、重量平均分子量が5万を超える成分(A−1)60質量%を超え100質量%以下、及び、重量平均分子量10万以下の成分(A−2)0〜40質量%(但し成分(A−1)と(A−2)の合計が100質量%であり、その分子量は(A−1)>(A−2)である。)を含むことが好ましい。プロピレン系樹脂(A)の重量平均分子量は、プロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量よりも高い。成分(A−1)の好ましい含有率は、70質量%を超え、100質量%以下である。プロピレン系樹脂(A)の好ましい融点又はガラス転移温度は0〜165℃である。融点を示さない樹脂を用いる場合もある。

0057

強化繊維束中のプロピレン系樹脂(B)の量は、プロピレン系樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは3〜50質量部、より好ましくは5〜45質量部、特に好ましくは10〜40質量部である。プロピレン系樹脂(A)及びプロピレン系樹脂(B)の合計量は、強化繊維束全体100質量%中、好ましくは5〜60質量%、より好ましくは3〜55質量%、特に好ましくは3〜50質量%である。

0058

強化繊維(C)としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維アルミナ繊維炭化珪素繊維ボロン繊維金属繊維などの高強度、高弾性率繊維を使用できる。これらは1種又は2種以上を併用してもよい。中でも、炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、力学特性の向上、成形品の軽量化の点から、PAN系、ピッチ系又はレーヨン系の炭素繊維が好ましい。さらに、得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点からPAN系炭素繊維が特に好ましい。また、導電性を付与した強化繊維、例えば、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を含む強化繊維も使用できる。金属は、強化繊維を被覆するような形態で含まれることが好ましい。
強化繊維束中のプロピレン系樹脂(A)に含まれる成分(A−1)[以下「プロピレン系樹脂成分(A−1)」とも言う]の重量平均分子量は5万超え、好ましくは7万以上、より好ましくは10万以上である。プロピレン系樹脂成分(A−1)の重量平均分子量の上限値は特に制限されないが、成形時の溶融流動性成形体外観の点から、好ましくは70万、より好ましくは50万、特に好ましくは45万、最も好ましくは40万である。

0059

成分(A−1)及び成分(A−2)との合計を100質量%とする場合、プロピレン系樹脂成分(A−1)の量は60質量%を超え100質量%以下であり、好ましくは70〜100質量%、特に好ましくは73〜100質量%である。

0060

プロピレン系樹脂(A)中に必要に応じて含まれる成分(A−2)[以下「プロピレン系樹脂成分(A−2)」とも言う]の重量平均分子量は10万以下であり、好ましくは5万以下、より好ましくは4万以下である。プロピレン系樹脂成分(A−2)の重量平均分子量の下限値は、強化繊維束の強度や取扱い性ベタ付きなど)の点から、好ましくは10,000、より好ましくは15,000、特に好ましくは20,000、最も好ましくは25,000である。

0061

成分(A−1)及び成分(A−2)の合計を100質量%とする場合、プロピレン系樹脂成分(A−2)の量は0〜40質量%であり、好ましくは0〜30質量%、より好ましくは0〜27質量%である。

0062

プロピレン系樹脂成分(A−1)の重量平均分子量と、プロピレン系樹脂成分(A−2)との重量平均分子量との差は、好ましくは20,000〜300,000、より好ましくは30,000〜200,000、更に好ましくは35,000〜200,000である。

0063

プロピレン系樹脂(A)はプロピレン由来の構造単位を有する樹脂であり、通常はプロピレンの重合体である。特に、プロピレン由来の構造単位と共に、α−オレフィン(1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等)、共役ジエン非共役ジエンなどから選ばれる少なくとも一種オレフィン(プロピレンを除く)やポリエン由来の構造単位が含まれる共重合体が好ましい。

0064

プロピレン系樹脂(A)は、プロピレンと前記のオレフィンやポリエン化合物とのランダム又はブロック共重合体であることが好ましい。本願の目的を損なわない範囲内であれば、プロピレン系樹脂(A)と共に他のオレフィン系重合体を併用することも出来る。他のオレフィン系重合体としては、例えば、エチレンプロピレン共重合体、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1−ブテン共重合体が好ましい。

0065

プロピレン系樹脂(A)のプロピレン由来の構成単位の割合は、後述するプロピレン系樹脂(D)(一般的に、マトリックス樹脂と言われる)やプロピレン系樹脂(B)との親和性を高める点から、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは、50〜99モル%、特に好ましくは55〜98モル%、最も好ましくは60〜97モル%である。

0066

プロピレン系樹脂(A)は、カルボン酸基カルボン酸エステル基等を含む化合物変性されていても良いし、未変性体であっても良い。

0067

プロピレン系樹脂(B)は、重合体鎖に結合したカルボン酸塩を少なくとも含むプロピレン系樹脂である。このカルボン酸塩は、強化繊維(C)との相互作用を高める点で効果的である。

0068

プロピレン系樹脂(B)の原料のうち、プロピレン系重合体としては、例えば、プロピレン単独重合体;エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・1−ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1−ブテン共重合体で代表される、プロピレンとα−オレフィンの単独又は2種類以上との共重合体が挙げられる。原料のうち、カルボン酸構造を有する単量体としては、例えば、無水マレイン酸が挙げられる。

0069

プロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量は、上記相互作用の点及びプロピレン系樹脂(A)との相溶性、特にプロピレン系樹脂(A−2)との相溶性の点から、好ましくは1,000〜100,000、より好ましくは2,000〜80,000、特に好ましくは5,000〜50,000、最も好ましくは5,000〜30,000である。

0070

プロピレン系樹脂(B)のメルトフローレートASTM1238規格、230℃、2.16kg荷重)は、好ましくは3〜500g/10分、より好ましくは5〜400g/10分、特に好ましくは7〜350g/10分である。

0071

先に述べたとおり、プロピレン系樹脂(B)の量は、プロピレン系樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは3〜50質量部、より好ましくは5〜45質量部、特に好ましくは5〜40質量部、最も好ましくは7〜40質量部である。

0072

プロピレン系樹脂(A)及びプロピレン系樹脂(B)の含有率は、強化繊維束全体100質量%中、0.3〜5質量%であることもまた好ましい。

0073

強化繊維束を用いた成形用樹脂組成物や成形品を成形する際のマトリックス樹脂については、後述するプロピレン系重合体(D)であることが好ましい。また、その他の熱可塑性樹脂、例えば、ポリカーボネート樹脂スチレン系樹脂ポリアミド樹脂ポリエステル樹脂ポリフェニレンスルフィド樹脂PPS樹脂)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂変性PPE樹脂)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、液晶ポリエステルポリアリーレートアクリル樹脂[例えばポリメチルメタクリレート樹脂PMMA)]、塩化ビニルポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホンポリエーテルスルホンポリケトンポリエーテルケトンポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリオレフィン[例えばポリエチレンポリプロピレンポリブテンポリ4−メチル−1−ペンテン]、変性ポリオレフィンフェノール樹脂フェノキシ樹脂を用いても良い。また例えば、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/ジエン共重合体、エチレン/一酸化炭素/ジエン共重合体、エチレン/(メタアクリル酸エチル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸グリシジル、エチレン/酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体を用いても良い。これらの1種又は2種以上を併用しても良い。これらの中でも、特に極性の低いポリオレフィン系の樹脂が好ましく、コスト及び成形品の軽量性の観点からはエチレン系の重合体やプロピレン系の重合体がより好ましく、後述するプロピレン系樹脂(D)が特に好ましい。即ち、強化繊維束含有プロピレン系樹脂組成物が、成形材料や成形品に好ましく用いられる。

0074

プロピレン系樹脂(D)は、未変性のプロピレン系樹脂であっても良いし、変性などの方法でカルボン酸構造やカルボン酸塩構造を含むプロピレン系樹脂であっても良い。未変性樹脂カルボン酸やカルボン酸塩構造を含むプロピレン系樹脂の両方を用いる場合、その質量比(未変性体/変性体比)は、通常80/20〜99/1であり、好ましくは89/11〜99/1、より好ましくは89/11〜93/7、特に好ましくは、90/10〜95/5である。プロピレン系樹脂(D)の組成としては、プロピレン系樹脂(A)やプロピレン系樹脂(B)の説明で記載した単量体(オレフィンやカルボン酸エステル化合物など)由来の構造単位を含む一般的なプロピレン樹脂が好ましい。例えば、ホモポリプロピレンランダムポリプロピレンブロックポリプロピレン変性ポリプロピレン等のプロピレン系重合体である。

0075

プロピレン系樹脂(D)として好ましい態様は、未変性プロピレン系樹脂と酸変性プロピレン系樹脂を含む組成物である。

0076

マトリックス樹脂としてのプロピレン系樹脂(D)の重量平均分子量Mw(D)は、強化繊維束中のプロピレン系樹脂(A)の重量平均分子量Mw(A)及びプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量Mw(B)と、以下の関係を満たすことが好ましい。
Mw(A)>Mw(D)>Mw(B)

0077

プロピレン系樹脂(D)の具体的な重量平均分子量は、好ましくは5万〜35万、より好ましくは10万〜33万、特に好ましくは15万〜32万である。プロピレン系樹脂(A)とプロピレン系樹脂(D)との分子量の差は、好ましくは1万〜40万、より好ましくは2万〜20万、特に好ましくは2万〜10万である。

0078

繊維強化樹脂組成物中の強化繊維束の量は25〜75質量部、好ましくは30〜68質量部、より好ましくは35〜65質量部である。オレフィン系樹脂としてプロピレン系樹脂(D)を用いる場合、プロピレン系樹脂(D)の量は75〜25質量部、好ましくは70〜32質量部、より好ましくは65〜35質量部である。但し、これらは強化繊維束とプロピレン系樹脂(D)の合計を100質量部とした時の量である。

0079

繊維強化樹脂組成物中の強化繊維(C)と重合体(I)の質量比率は、通常80/20〜20/80、好ましくは75/25〜30/70、より好ましくは70/30〜35/65、特に好ましくは65/35〜40/60、最も好ましくは60/40〜40/60である。

0080

重合体(I)は、好ましくはプロピレン系重合体である。重合体(I)の融点又はガラス転移温度は50〜300℃である。下限値は、好ましくは70℃、より好ましくは80℃である。一方、上限値は、好ましくは280℃、より好ましくは270℃、特に好ましくは260℃である。

0081

重合体(I)には、カルボン酸基が含まれていることが好ましい。強化繊維(C)と重合体(I)の合計を100質量%として、樹脂中のカルボン酸基を含む構造単位の含有率は、0.010〜0.045質量%、好ましくは0.012〜0.040質量%、特に好ましくは0.015〜0.035質量%である。

0082

重合体(I)のメルトフローレート(ASTM1238規格、230℃、2.16kg荷重)は、好ましくは1〜500g/10分、より好ましくは3〜300g/10分、特に好ましくは5〜100g/10分である。

0083

重合体(I)の重量平均分子量は、好ましくは5万〜40万、より好ましくは10万〜37万であり、特に好ましくは15万〜35万である。

0084

本発明に用いられる繊維強化樹脂組成物は、好ましくは波長が300〜3000nmの光を吸収する色素(P)を含んでいても良い。色素(P)としては、公知の色素を制限無く使用できる。例えば、カーボン系の色素が好ましく、カーボンブラックがより好ましい

0085

色素(P)の量の上限値については、好ましくは5質量部以下、より好ましくは3質量部以下、特に好ましくは2質量部以下である(但し、成分(I)及び成分(C)の合計は100質量部である。)。一方、下限値については、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上、特に好ましくは0.2質量部以上である(但し、成分(I)及び成分(C)の合計は100質量部である。)。この色素(P)が含まれることにより、レーザーによる局部発熱を抑制し、樹脂組成物全体をより均一に加熱でき易いことが期待される。これにより、マトリックス樹脂の劣化や変形、より具体的には繊維の表面飛び出しや表面の平滑性、外観の低下を抑制することが出来る。

0086

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

0087

(1)プロピレン系樹脂の強化繊維束への付着量の測定
プロピレン系樹脂の付着した強化繊維束を約5g取り、120℃で3時間乾燥し、その重量W1(g)を測定した。次いで強化繊維束を窒素雰囲気中で、450℃で15分間加熱後、室温まで冷却しその重量W2(g)を測定した。W1(g)及びW2(g)を用いて付着量は次式にて算出した。
付着量=[(W1−W2)/W2]×100(質量%)

0088

(2)プロピレン系樹脂の重量平均分子量の測定
分子量は、以下の条件でのGPC法で求めた。
液体クロマトグラフ:Polymer Laboratories社製PL−GPC220型高温ゲル浸透クロマトグラフ示差屈折率計装置内蔵)
カラム:東ソー株式会社製 TSKgelGMHHR−H(S)−HT×2本及び同GMHHR−H(S)×1本を直列接続した。
移動相媒体:1,2,4−トリクロロベンゼン(安定剤0.025%含有)
流速:1.0ml/分
測定温度:150℃
検量線作成方法標準ポリスチレンサンプルを使用した。
サンプル濃度:0.15%(w/v)
サンプル溶液量:500μl
検量線作成用標準サンプル:東ソー株式会社製単分散ポリスチレン
分子量較正方法:標準較正法(ポリスチレン換算

0089

(3)プロピレン系樹脂の構造解析
プロピレン系樹脂について、有機化合物元素分析誘導結合プラズマ(ICP)発光分析、IR(赤外吸収スペクトル分析、1H−NMR測定及び13C−NMR測定を実施し、プロピレン系樹脂の含有元素量官能基構造の同定、各帰属プロトンカーボンピーク強度より単量体構造の含有割合について評価を実施した。

0090

有機化合物元素分析は、有機元素分析装置2400II(PerkinElmer社製)を用いて実施した。ICP発光分析はICPS−7510(株式会社島津製作所製)を用いて実施した。IRスペクトル分析はIR−Prestige−21(株式会社島津製作所製)を用いて実施した。1H−NMR測定及び13C−NMR測定はJEOL JNM−GX400スペクトロメーター日本電子株式会社製)を用いて実施した。

0091

(4)プロピレン系樹脂のカルボン酸塩含有量の測定
プロピレン系樹脂に対して、以下の操作を行うことでカルボン酸塩含有量及び中和されていないカルボン酸含有量を測定した。

0092

プロピレン系樹脂0.5gをトルエン200ml中で加熱還流し、溶解させた。この溶液を0.1規定の水酸化カリウムエタノール標準溶液滴定し、下式より酸価を算出した。指示薬にはフェノールフタレインを用いた。
酸価=(5.611×A×F)/B (mgKOH/g)
A:0.1規定水酸化カリウム−エタノール標準液使用量(ml)
F:0.1規定水酸化カリウム−エタノール標準液のファクター(1.02)
B:試料採取量(0.50g)

0093

上記で算出した酸価を下式を用いて中和されていないカルボン酸基のモル数換算した。
中和されていないカルボン酸基のモル数=酸価×1000/56(モル/g)

0094

カルボン酸基の中和塩への転化率を、別途IR、NMR及び元素分析等を用いてカルボン酸基のカルボニル炭素の定量をおこなって算出したカルボン酸基の総モル数(モル/g)を用いて下式にて算出した。
転化率%=(1−r)×100(%)
r:中和されていないカルボン酸基のモル数/カルボン酸基の総モル数

0095

(5)融点の測定
本発明における重合体の融点(Tm)は、セイコーインスツルメンツ株式会社製DSC220C装置で示差走査熱量計(DSC)により測定した。試料7〜12mgをアルミニウムパン中に密封し、室温から10℃/分で200℃まで加熱した。その試料を、全ての結晶完全融解させるために200℃で5分間保持し、次いで10℃/分で−50℃まで冷却した。−50℃で5分間置いた後、その試料を10℃/分で200℃まで2度目の加熱を行った。この2度目の加熱試験におけるピーク温度を融点(Tm−II)として採用した。

0096

<強化繊維(C)>
後述する実施例で使用した強化繊維(C)について説明する。炭素繊維束(三菱レイヨン株式会社製、商品パイロフィルTR50S12L、フィラメント数24000本、ストランド強度5000MPa、ストランド弾性率242GPa)をアセトン中に浸漬し、10分間超音波を作用させ、その後炭素繊維束を引き上げさらに3回アセトンで洗浄し、室温で8時間乾燥することにより付着しているサイジング剤を除去し、これを後述する実施例で使用した。

0097

(製造例1−エマルションの製造)
プロピレン系樹脂(A)として、GPCで測定した重量平均分子量が12万、融点を持たないプロピレン・ブテン・エチレン共重合体を100質量部、プロピレン系樹脂(B)の原料として、無水マレイン酸変性プロピレン系重合体(重量平均分子量Mw:27,000、酸価:45mg−KOH/g、無水マレイン酸含有率:4質量%、融点:140℃)10質量部、界面活性剤(C)として、オレイン酸カリウム3質量部を混合した。この混合物を2軸スクリュー押出機(池鉄工株式会社製、PCM−30、L/D=40)のホッパーより3000g/時間の速度で供給し、同押出機ベント部に設けた供給口より、20%の水酸化カリウム水溶液を90g/時間の割合で連続的に供給し、加熱温度210℃で連続的に押出した。押出した樹脂混合物を、同押出機口に設置したジャケット付きスタティックミキサーで110℃まで冷却し、さらに80℃の温水中に投入してエマルション(固形分濃度45%)を得た。

0098

なお、前記の無水マレイン酸変性プロピレン系樹脂は、プロピレン・ブテン共重合体96質量部、無水マレイン酸4質量部、及び重合開始剤としてパーヘキサ(登録商標)25B(日油株式会社製)0.4質量部を混合し、加熱温度160℃、2時間で変性を行って得られた。

0099

(製造例2−強化繊維束の製造)
製造例1で製造したエマルションを、ローラー含浸法を用いて、強化繊維(C)[前記の三菱レイヨン株式会社製強化繊維]に付着させた。次いで、オンラインで130℃、2分乾燥して低沸点成分を除去し、強化繊維束を得た。プロピレン系樹脂の強化繊維束への付着量は0.87質量%であった。

0100

(製造例3−テープワインディングパイプの製造)
製造例2で得た強化繊維束57部と、プロピレン系樹脂(D)として、市販の未変性プロピレン樹脂(株式会社プライムポリマー製、商品名プライムポリプロJ106MG、融点160℃)及び無水マレイン酸を0.5質量%グラフトした変性ポリプロピレン(ASTMD1238に準じて190℃、荷重2.16kgで測定したメルトフローレートが9.1g/10分、融点155℃)とカーボンブラックを含有するマスターバッチDIC株式会社製、PEONY(登録商標)BLACKBMB−16117、カーボンブラック含有量40%)43部とを含む樹脂組成物を調製し、常法により繊維が一方向に配向した平均厚み150μmの繊維強化樹脂シート(以下、一方向性シートとも言う)を作製した。尚、前記J106MGと変性ポリプロピレンとの重量比は85/15(重量平均分子量は32万に相当)であり、カーボンブラックの含有量が樹脂組成物全体の1質量%となるように調整した。(樹脂の融点は160℃、樹脂組成物全体に対する無水マレイン酸含有率:0.034質量%、繊維体積分率Vf0.4)。

0101

出力3kW、波長960〜1070nmのダイオードレーザークローズドループ制御するAFPT社製“STWH INB”型巻取りヘッドを装着したロボットを使用して、上記一方向性シートをスリッターにて幅12mmのテープに切断加工したものを内径φ24mmのマンドレルに巻きつけ、パイプを成形した。表1記載の角度にて層の総数が6層になるようにトラバース巻きでワインディング成形し、テープワインディングパイプを得た。

0102

0103

<実施例1>
製造例3で得たテープワインディングパイプ(内径37.8mm、外径40.8mm、長さ100cm)を、長さ30cmに切断した。次いで、切断後のパイプの内部にマンドレル(外径37.8mm、長さ5cm)を挿入した。一方、加工処理用の型として円柱状の空隙を有する金属製の型(4分割、内径40.4mm、長さ5cm)を用意し、加熱用バンドヒーターを用いてこの型を180℃に加熱した。そして180℃に加熱したまま、型にマンドレル付きのパイプを設置し、ホースバンドをトルクレンチで絞めて加圧し、1MPaの圧力で10分間、加工処理した。この際のパイプ設置の位置は、型内にパイプの一方の端面が含まれるような位置とした。

0104

加工処理後のパイプを型から取り出し、加工処理後された端部Aの端面の外径[D(A2)]は40.4mmであった。したがって、加工処理する前の端部Aの外径[D(A1)]との差[D(A1)−D(A2)]、並びに、他方の端部Bの端面の外径[D(B1)]との差[D(B1)−D(A2)]は、0.4mmであった。

0105

この加工処理後のパイプについて、4点曲げ剛性、3点曲げの剛性、断面圧縮の剛性、及び、加工処理された端部Aの端面から他方の端部Aの端面方向に1cm離れた箇所において、パイプの周方向の算術平均粗さRaを測定した。結果を表2に示す。

0106

<比較例1>
実施例1で用いたテープワインディングパイプを加工処理せずに、4点曲げの剛性、3点曲げの剛性、断面圧縮の剛性、及び、算術平均粗さRaを測定した。結果を表2に示す。

0107

各測定方法の詳細は以下の通りである。

0108

<4点曲げの剛性>
テープワインディングパイプを長さ150mmに切断し、これを試験片として用いた。試験装置としては、株式会社島津製作所製の島津オートグラフAG−5KNXを用いた。4点曲げの治具としては、圧子の先端の曲率が5mmで、下の圧子が試験片の端面から15mmの位置にあり、その2点のスパンが120mm、上の圧子が試験片の端面から45mmの位置にあり、その2点のスパンが60mmに調節した治具を用いた。この4点曲げの治具の中央に試験片(パイプ)を設置し、上下の圧子が試験片に接触した位置をゼロとして、押し込み速度1mm/分で2mm押し込んだ時の荷重を測定し、この荷重を押し込んだ変位(2mm)で除した値を4点曲げの剛性(N/mm)とした。なお、加工処理されたパイプの測定においては、長さ150mmの試験片全体が実施例1と同じ条件で加工処理された試験片を使用した。以下の3点曲げの剛性の測定においても同様である。

0109

<3点曲げの剛性>
4点曲げ試験と同じ試験片及び試験装置を用いた。3点曲げの治具は、圧子の先端の曲率が5mmで、下の圧子が試験片の端面から15mmの位置にあり、その2点のスパンが120mm、上の圧子が試験片の端面から75mmの位置にある治具を用いた。この3点曲げの治具の中央に試験片(パイプ)を設置し、上下の圧子が試験片に接触した位置をゼロとして、押し込み速度1mm/分で2mm押し込んだ時の荷重を測定し、この荷重を押し込んだ変位(2mm)で除した値を3点曲げの剛性(N/mm)とした。

0110

<断面圧縮の剛性>
テープワインディングパイプを長さ6mmに切断し、これを試験片として用いた。試験装置としては、4点曲げ試験と同じ試験装置を用いた。この試験装置に平板の治具を取り付け、試験片(パイプ)を上下の平板間に設置した。上下の平板が試験片に接触した位置をゼロとして、押し込み速度1mm/分で2mm押し込んだ時の荷重を測定し、この荷重を押し込んだ変位(2mm)で除し、さらに試験片の長さ(6mm)で除した値を断面圧縮の剛性(N/mm)とした。なお、加工処理されたパイプの測定においては、長さ6mmの試験片全体が実施例1と同じ条件で加工処理された試験片を使用した。

0111

<算術平均粗さ(Ra)>
表面粗さ試験機(株式会社東京精密製、装置名サ−フコム1400)を使用し、JIS B 0601(2013年)に準じて、以下の条件で測定した。具体的には、任意の3点を測定し、3点の平均値を算術平均粗さRaとした。なお、実施例1のパイプの測定においては、加工処理された端部Bの端面から他方の端部Aの端面方向に1cm離れた箇所においてパイプの周方向に算術平均粗さを測定した。
接触針式:先端半径が5μmの測定子を使用
長さ:12.5mm
カットオフ:2.5mm
速度:0.15mm/s

0112

0113

表2に示すとおり、実施例1のテープワインディングパイプは、算術平均粗さRaが低かった。このようなパイプは表面の凹凸が小さいので、別のパイプの内部に良好に挿入できる。

実施例

0114

また、実施例1のテープワインディングパイプは、加工処理された部分の厚さが若干薄くなるにもかかわらず、比較例1のテープワインディングパイプ(加工処理されていないパイプ)と比べて強度はほとんど変化しなかった。

0115

本発明により得られるテープワインディングパイプは、例えば、自動車部品クロスカービームトーションバーシートフレームなど)や、自転車の部品(サドル支持フレームハンドル、もしくはメインフレームなど)や、その他建設用資材部品などに好適に使用できる。

0116

1テープワインディングパイプ
2 端面
3金型
4加圧された部分

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  • 三菱重工業株式会社の「 複合材翼及び複合材翼の成形方法」が 公開されました。( 2021/01/07)

    【課題】翼根部と金属パッチとの接合強度の低下を抑制すること。【解決手段】強化繊維と樹脂とを含む複合材層を積層して形成される複合材翼において、翼溝に装着される翼根部と、翼根部から先端側に延在して設けられ... 詳細

  • トヨタ紡織株式会社の「 乗物用内装材及び乗物用内装材の製造方法」が 公開されました。( 2021/01/07)

    【課題】基材と樹脂の接合強度がより高くなる乗物用内装材を提供する。曲げ強度がより高くなる乗物用内装材を提供する。【解決手段】少なくとも繊維と熱可塑性樹脂とにより構成される板状の基材10と、少なくとも熱... 詳細

  • エステー株式会社の「 熱可塑性樹脂手袋の製造方法および熱可塑性樹脂手袋」が 公開されました。( 2021/01/07)

    【課題】ディップ成形法では成形できなかった熱可塑性樹脂から手袋を製造する方法であって、有機溶剤や可塑剤を使用せず、排気や廃液をほとんど発生させず、従来のディップ成形法に比較して製造工程が簡素化され、製... 詳細

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