CN108700227A - 静电消散性树脂管 - Google Patents
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Abstract
本发明的静电消散性树脂管的特征在于，其由与流体接触的内层、中间层、加强层、以及外层构成，所述中间层包括第一中间层和第二中间层这两层，内层由具有耐药品性的树脂与导电性物质一同构成，第一中间层由相对于内层和第二中间层具有熔接性的树脂与导电性物质一同构成，第二中间层由相对于第一中间层和外层具有熔接性的树脂与导电性物质一同构成，设置在第二中间层与外层之间的加强层至少包括导电纤维或金属线，外层由热塑性树脂或弹性体构成。由此，提供一种静电消散性树脂管，其能够安全地去除因流体与管内层的摩擦等产生的静电，不会受到杂散电流的影响而损伤，即使使用长度延长，末端间电阻也很少产生大的变动，具有良好的除电功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电消散性树脂管。
背景技术
以往，树脂管被用作化学(石油)设备用配管、燃料罐配管、涂装工厂内配管、电子设备等的半导体部件工厂内配管等的可燃性液体、可燃性粉状体的输送配管。
在用于这些用途的配管的树脂管中，因流体与管内表面的摩擦等而产生静电并带电，放电有可能引起火灾、爆炸等重大事故，因此需要充分的抗静电对策。
作为上述以往的输送用树脂管的抗静电对策，通常，通过在管的构成部件中使用导电性材料、金属线来赋予导电性，从而去除静电，防止管内表面带电。具体而言，例如，提出了在用作内层材料的聚乙烯、聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氟树脂等的热塑性树脂中含有导电性物质且也赋予外层同样的抗静电效果的抗静电管(例如，参照专利文献1)。
另外，作为另一提案，也提出了以下抗静电树脂管，在管的内层与外层之间，在该内层的外周面的整个长度上将导线以特定的间距卷绕成螺旋状，而且在外层的长度方向以隔着特定的间隔的方式设置带状的导电树脂层，使横越该导电树脂层的导线与该导电树脂层压接(例如，参照专利文献2)。
另一方面，由于近年来的因静电的放电导致的火灾、爆炸等重大事故的发生，因此对用于配管的管要求更严格的抗静电对策。具体而言，在作为“关于管的安全指南”的国际电工委员会(IEC)所制定的技术规范中，定义了关于静电的指导原则(IEC/TS 60079-32-1：2013 7.7.3项，管及管组件)。
在该技术规范中，对用于控制来自静电和杂散电流的危险的管末端间电阻的分类进行了规定，以末端间电阻R基准将它们分为“导电性(R＜1KΩ)”、“消散性(1KΩ≤R＜1MΩ)”以及“绝缘性(1MΩ≤R)”三类。
在这些规定中，在导电性(R＜1KΩ)的配管的情况下，容易受杂散电流的影响，难以控制在安全水平。杂散电流是指从电气设备泄漏到大地的电流，例如，当将金属配管等导电性优异的配管用于与电气化铁路相关的配管时，其受到杂散电流的影响，有时金属溶解、腐蚀、损伤，因此不适合。
另外，对于绝缘性(1MΩ≤R)的配管而言，由于不能安全去除带有的静电，因此不适合使用。
根据这些发现，认为赋予了导电性的管的末端间电阻优选为消散性(1KΩ≤R＜1MΩ)。
另外，根据日本独立行政法人劳动安全卫生综合研究发布的静电安全指南2007，作为流动着液体的管的抗静电对策，应该使用103～106Ω/m的管，与上述国际电工委员会(IEC)所制定的指导原则同样地推荐选择消散性的范围内的管。
根据这些与静电有关的指南，使用末端间电阻为消散性(1KΩ≤R＜1MΩ)水平的管，作为树脂管本来的功能其也兼具对各种流体的耐药品性、柔软性，从而无论管的使用长度如何，对任何流体都能够安全地去除静电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-127769号公报；
专利文献2：日本特开2010-249172号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
在这种情况下，对已实施了抗静电对策的上述专利文献1记载的管而言，尽管在内层及外层配置具有导电性的热塑性树脂，但由于中间层和加强层不具有导电性，因此，当使用长度变长时，末端间电阻升高，因而有时不适于上述指导原则，在这些方面有改良的余地。
另外，在上述专利文献2中记载的管中，虽然对来自外表面的静电具有除电效果，但是，对于因流体与内表面的摩擦等产生的静电而言，在管内层中带有静电，放电有可能导致管破损等不良情况，还有改良的空间。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于，提供一种静电消散性树脂管，其能够安全地去除因流体与管内层的摩擦等产生的静电，不会受到杂散电流的影响而损伤，即使使用长度延长，末端间电阻也很少产生大的变动，具有良好的除电功能。
解决问题的技术手段
即，本发明的静电消散性树脂管的特征如下所述。
本发明的静电消散性树脂管的特征在于，由与流体接触的内层、中间层、加强层、以及外层构成，所述中间层包括第一中间层和第二中间层这两层，所述内层由具有耐药品性的乙烯-四氟乙烯共聚树脂、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基烷烃共聚树脂、改性全氟烷氧基系树脂中的任一种与导电性物质一同构成，所述第一中间层由相对于所述内层和所述第二中间层具有熔接性的聚酰胺树脂、聚酰胺系弹性体、接合性聚烯烃树脂、聚氨酯树脂中的至少一种与导电性物质一同构成，所述第二中间层由相对于所述第一中间层和所述外层具有熔接性的聚酰胺树脂、聚酰胺系弹性体、聚氨酯系弹性体、接合性聚烯烃树脂、聚氨酯树脂中的至少一种与导电性物质一同构成，设置在所述第二中间层与所述外层之间的所述加强层至少包括导电纤维或金属线，所述外层由热塑性树脂或弹性体构成。
另外，在该静电消散性树脂管中，优选所述外层包括导电性物质或抗静电剂，体积电阻率在103～1010Ωcm的范围内。
发明效果
根据本发明的静电消散性树脂管，能够安全地去除因流体与管内层的摩擦等产生的静电，不会受到杂散电流的影响而损伤，即使使用长度延长，末端间电阻也很少产生大的变动，具有良好的除电功能，能够将由静电引起的火灾、爆炸等重大事故防患于未然。
附图说明
图1是表示本发明的静电消散性树脂管的一个实施方式的层构成的概略立体图。
图2是表示将导电纤维以螺旋状卷绕在第二中间层的表面的实施方式的概略立体图。
图3是表示将导电纤维以与长度方向平行的方式设置在第二中间层的表面的实施方式的概略立体图。
图4是表示将导电纤维以与长度方向平行的方式设置在第二中间层的表面并在与长度方向平行的该导电纤维上以螺旋状卷绕加强线的实施方式的概略立体图。
图5是表示将金属线以螺旋状卷绕在第二中间层的表面的实施方式的概略立体图。
图6是表示将加强线以螺旋状卷绕在第二中间层的表面并在螺旋状的该加强线上以螺旋状卷绕金属线的实施方式的概略立体图。
具体实施方式
基于附图对本发明的静电消散性树脂管进行详细的说明。图1是表示本发明的静电消散性树脂管的一个实施方式的概略立体图。
如图1所示，本发明的静电消散性树脂管由与流体接触的内层1、中间层、加强层、以及外层构成，所述中间层包括第一中间层2和第二中间层3这两层。
内层1由作为耐药品性优异的树脂的乙烯-四氟乙烯共聚树脂、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基烷烃共聚树脂、改性全氟烷氧基系树脂中的任一种与导电性物质一同构成。作为导电性物质，例如，能够使用碳黑、碳纳米管等。
对于内层1的体积电阻率而言，设为能够去除因流体与内层1的接触而产生的静电的值，优选100～106Ωcm左右。
只要导电性物质相对于乙烯-四氟乙烯共聚树脂、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基烷烃共聚树脂、改性全氟烷氧基系树脂中的任一种的配合比例是能够赋予内层1上述体积电阻率的导电性的比例，就没有特别的限定，通常，相对于上述的树脂100质量份，导电性物质优选为0.1～30质量份左右。此外，当使用碳纳米管作为导电性物质时，存在即使为上述配合比例的范围以下也能得到上述体积电阻率的情况。
另外，只要内层1的厚度为具有上述体积电阻值的导电性的厚度，就没有特别的限定，通常为0.01～1.0mm，优选考虑0.1～0.5mm的范围。
在内层1的表面侧形成有第一中间层2和第二中间层3作为中间层。第一中间层2由相对于内层1和第二中间层3具有熔接性的树脂以及导电性物质构成。作为构成第一中间层2的树脂，能够使用聚酰胺树脂、聚酰胺系弹性体、接合性聚烯烃树脂、聚氨酯树脂等。另外，这些树脂既可以单独使用一种，也可以混合使用多种。在本发明的静电消散性树脂管的第一中间层2中，能够特别优选使用上述中的聚酰胺树脂。
作为在第一中间层2中使用的导电性物质，能够使用与内层1中所含有的导电性物质同样的物质，具体而言，能够使用例如碳黑、碳纳米管等。
对于第一中间层2的体积电阻率而言，设为能够去除内层1中产生的静电的值，优选100～106Ωcm左右。
对于构成第一中间层2的树脂与导电性物质的配合比例而言，只要能形成具有上述体积电阻率的导电性的层，就没有特别的限定，相对于树脂100质量份，导电性物质优选为0.1～30质量份左右。此外，当使用碳纳米管作为导电性物质时，存在即使为上述配合比例的范围以下也能得到上述体积电阻率的情况。
另外，第一中间层2的厚度通常为0.01mm～1.0mm，优选为0.01～0.3mm的范围。通过将第一中间层2的厚度设为上述范围内，能够高效地去除在内层1中产生的静电。
另外，第二中间层3由相对于第一中间层2和外层5具有熔接性的树脂以及导电性物质构成。此外，在本发明中，在第二中间层与外层5之间设置加强层4，对于第二中间层的树脂而言，只要能够以与外层熔接从而夹入加强层4的方式固定即可，并不一定需要是对加强层4具有接合性的树脂。
作为相对于外层5具有熔接性的树脂，能够使用聚酰胺树脂、聚酰胺系弹性体、聚氨酯系弹性体、接合性聚烯烃树脂、聚氨酯树脂等，这些树脂既可以单独使用一种，也可以混合使用多种。在本发明的静电消散性树脂管的第二中间层3中，能够特别优选使用上述中的聚氨酯系弹性体。
作为在第二中间层3中使用的导电性物质，能够使用与内层1、第一中间层2中所含有的导电性物质同样的导电性物质，具体而言，能够使用例如碳黑、碳纳米管等。
对于第二中间层3的体积电阻率而言，设为能够去除在内层1中产生并通过第一中间层2的静电的值，优选100～108Ωcm左右。
对于构成第二中间层3的树脂与导电性物质的配合比例而言，只要能形成具有上述体积电阻率的导电性的层，就没有特别的限定，相对于树脂100质量份，导电性物质优选为0.1～30质量份左右。此外，当使用碳纳米管作为导电性物质时，存在即使为上述配合比例的范围以下也能得到上述体积电阻率的情况。
另外，第二中间层3的厚度通常为0.1～5.0mm，优选为0.5～3.0mm的范围。通过将第二中间层3的厚度设为该范围，能够高效地去除在内层1中产生并通过第一中间层2的静电。
在本发明的静电消散性树脂管中，在第二中间层3与外层5之间设置加强层4。加强层4是为了使在内层1中产生并在第一中间层2和第二中间层3蓄积的静电积极地在长度方向流动，经由接口等从而通过机械等接地来放电，并且赋予管自身强度而设置的层。加强层4是包括至少一根作为导电性材料的导电纤维42或金属线43的层，而且，也能够与导电纤维42或金属线43一同设置加强线41。
此外，当导电纤维42和金属线43与第二中间层3的表面接触时，由于从内层1开始第一中间层2、第二中间层3以及加强层4均为导体，因此，即使在导电纤维42或金属线43切断的情况下，也以导体的方式连接，能够安全地去除静电。
作为导电纤维42，例如，能够使用不锈钢纤维、铜线等。对导电纤维42的线径没有特别的限定，通常考虑100～3000但尼尔左右的范围。
作为金属线43的材质，例如，能够使用不锈钢线、硬钢线等金属线43。金属线43的线径优选为0.1～5mm左右。
另外，与上述导电纤维42或金属线43一同使用的加强线41是由树脂纤维形成的纤维材料，例如，能够使用由聚酯纤维、尼龙纤维等形成的加强线41。对加强线41的线径没有特别的限定，通常考虑100～3000但尼尔左右的范围。
构成加强层4的导电纤维42、金属线43以及加强线41能够以各种方式设置。例如，导电纤维42、金属线43、加强线41的任意组合能够以平行且螺旋状的方式卷绕，也能够以彼此交叉的方式卷绕。另外，也能够以平行或螺旋状的方式设置多根导电纤维42或金属线43。具体而言，能举出例如图1～图6的实施方式。
图1是表示将加强线41和导电纤维42以螺旋状卷绕在第二中间层3的表面的实施方式，图2示出了仅将两根导电纤维42以交叉的方式在第二中间层3的表面卷绕成螺旋状的实施方式。
另外，在图3所示的实施方式中，在第二中间层3的表面以与静电消散性树脂管的长度方向平行的方式设置有导电纤维42。此外，在该情况下，能够设置多根导电纤维42。另外，导电纤维42也能够为宽度较宽的扁平状的所谓带状。在图4所示的实施方式中，将导电纤维42以与长度方向平行的方式设置在第二中间层3的表面，并在与长度方向平行的该导电纤维上以螺旋状卷绕加强线41。
另外，图5示出了仅将金属线43以螺旋状卷绕在第二中间层3的表面的实施方式，图6示出了将加强线41以螺旋状卷绕在第二中间层3的表面并在螺旋状的该加强线上以螺旋状卷绕金属线43的实施方式。
将加强线41和导电纤维42以螺旋状卷绕在第二中间层3的表面时的间距优选为1～200mm左右。另外，将金属线43以螺旋状卷绕在第二中间层3的表面时的间距优选为1～100mm左右。
设置在第二中间层3和加强层4的外侧的外层5是为了吸收来自静电消散性树脂管的外部的冲击以及赋予静电消散性树脂管耐久性和柔软性而设置的，其由热塑性树脂或弹性体构成。
作为热塑性树脂，例如，能够使用聚乙烯、聚丙烯、接合性聚烯烃树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚树脂、乙烯-乙烯醇共聚树脂、氯乙烯树脂、聚酰胺树脂、氟树脂等，作为弹性体，例如，能够使用苯乙烯系弹性体、烯烃系弹性体、聚氨酯系弹性体等。另外，这些树脂和弹性体既可以单独使用一种，也可以混合使用多种、或者进行多层化来使用。在本发明的静电消散性树脂管的外层5中，能够特别优选使用上述中的聚氨酯系弹性体。
外层5的厚度能够适当设置在具有耐久性、柔软性、上述除电、抗静电功能的范围内，没有特别的限定，例如，考虑0.5～5.0mm左右。另外，也能够根据管的规格、用途等在外层适当着色。
另外，优选根据需要使用体积电阻率为103～1010Ωcm的范围内的材料来赋予外层5除电、抗静电功能。作为用于获得上述体积电阻率的范围的材料，例如，能举出碳黑、碳纳米管等导电性物质、界面活性剂、金属氧化物等抗静电剂等，通过使树脂或弹性体含有这些材料，能够赋予除电、抗静电的功能。
对于上述的实施方式的静电消散性树脂管的制造而言，首先，使用用于分别形成内层1、第一中间层2、第二中间层3的三台挤出成型机进行热熔融，然后使树脂在模具部分汇合后喷出，通过热和处于模具部分的压力使内层1和第一中间层2、第一中间层2和第二中间层3熔接(接合)，经由冷却成型为三层的管。
然后，在三层管上将加强层4以螺旋状卷绕后，用一台挤出成型机在管上包覆外层5的树脂。此时，通过热和处于模具部分的压力将第二中间层3和外层5以夹入加强层4的状态熔接(接合)。
另外，此时的各层间的熔接(接合)强度为10N/25mm以上，优选为25N/25mm以上。通过将各层间的熔接强度设为10N/25mm以上，从而在将静电消散性树脂管弯曲成U字来使用时，即使对静电消散性树脂管继续施加弯曲应力，层间也不会剥离。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。
在上述的实施方式的静电消散性树脂管中，将中间层设为第一中间层2和第二中间层3这两层的结构，也能够将与第一中间层2和第二中间层3具有熔接性且具有导电性的第三中间层设置在第一中间层2与第二中间层3之间。
另外，外层5也能够为两层以上，能够为具有各层的熔接性且具有柔软性、滑动性、除电、抗静电功能的静电消散性树脂管。
实施例
下面，通过实施例进一步详细地说明本发明，但本发明并不受这些实施例的任何限定。
[实施例1]
通过共挤出成型机对层叠了内层、第一中间层以及第二中间层的三层结构的管进行成型后，在其上将作为加强层的加强线和导电纤维以螺旋状卷绕，并包覆外层，制成内径为12.0mm、外径为18.0mm且厚度为3.0mm的实施例1的管。各层使用以下材料，条件如下。
内层：导电性氟树脂(旭硝子株式会社制导电性乙烯-四氟乙烯共聚树脂(ETFE树脂))(厚度：0.3mm)
第一中间层：导电性聚酰胺树脂(将宇部兴产株式会社制聚酰胺12：碳黑以80：20的比例配合)(厚度：0.1mm)
第二中间层：导电性聚氨酯系弹性体(巴斯夫日本公司(BASFジャパン株式会社)制导电性聚氨酯)(厚度：1.0mm)
加强层：聚酯纤维(加强线：线径为1000但尼尔)1根+不锈钢纤维(导电纤维：线径为1000但尼尔)1根(间距：25mm)
外层：聚氨酯系弹性体(DIC科思创聚合物有限公司(ディーアイシーコベストロポリマー株式会社)制)(厚度：0.6mm)
[实施例2]
除了在加强层使用作为金属线的不锈钢线(线径：0.7mm)以及设为间距为5mm的条件以外，与实施例1同样地制造实施例2的管。
[实施例3]
除了使用加入抗静电剂的聚氨酯系弹性体作为外层以及体积电阻率为1010Ωcm以外，与实施例1同样地制造实施例3的管。
[比较例1]
除了内层、第一中间层、第二中间层和外层分别使用以下材料并设为以下的条件以外，与实施例1同样地制造比较例1的管。
内层：氟树脂(旭硝子株式会社制乙烯-四氟乙烯共聚树脂(ETFE树脂)层厚：0.3mm)
第一中间层：聚酰胺树脂(宇部兴产株式会社制聚酰胺12)(层厚：0.1mm)
第二中间层：聚氨酯系弹性体(DIC科思创聚合物有限公司(ディーアイシーコベストロポリマー株式会社)制；厚度：1.0mm)
外层：聚氨酯系弹性体(DIC科思创聚合物有限公司(ディーアイシーコベストロポリマー株式会社)制；厚度：1.6mm)
[比较例2]
除了在加强层追加使用不锈钢线(线径：0.7mm)作为金属线以及设为间距为5mm的条件以外，与比较例1同样地制造比较例2的管。
[比较例3]
除了使用导电性氟树脂(旭硝子株式会社制导电性乙烯-四氟乙烯共聚树脂(ETFE树脂))(厚度：0.3mm)作为内层，使用不锈钢线(线径：0.7mm)作为加强层的金属线，以及设为间距为5mm的条件以外，与比较例1同样地制造比较例3的管。
[评价]
在以下条件下对上述实施例1、2以及比较例1～3的管测定管的末端间电阻并进行评价。将评价结果于表1。
(测定方法和评价基准)
对于实施例1～3以及比较例1～3的管而言，分别准备长度为1m、5m、10m、20m四种，在各管的两个末端插入接口，在管彼此不接触的状态下使用绝缘电阻计测定接口间的管末端间电阻。绝缘电阻计使用日本三和电气设备株式会社(三和電気機器株式会社)制DG7，额定测定电压设定为25V。
然后，按照以下的基准对各测定结果进行评价。
○：小于1000KΩ
×：1000KΩ以上
表1
| 评价试样 | 1m末端间电阻 | 5m末端间电阻 | 10m末端间电阻 | 20m末端间电阻 | 判定是否合格 |
| 实施例1 | 220KΩ | 260KΩ | 300KΩ | 370KΩ | ○ |
| 实施例2 | 150KΩ | 180KΩ | 205KΩ | 250KΩ | ○ |
| 实施例3 | 215KΩ | 250KΩ | 285KΩ | 345KΩ | ○ |
| 比较例1 | 无法测定 | 无法测定 | 无法测定 | 无法测定 | × |
| 比较例2 | 无法测定 | 无法测定 | 无法测定 | 无法测定 | × |
| 比较例3 | 1.05MΩ | 5.25MΩ | 11.2MΩ | 19.5MΩ | × |
根据表1所示的评价结果，确认了：对于实施例1～3的管而言，通过内层、中间层的树脂以及在加强层使用的导电纤维、不锈钢线，经由接口能够去除因流体与内层的摩擦等产生的静电。
相对于此，在比较例1、2的管中，不能确认去除了静电，在比较例3的管中，确认了末端间电阻显著变大，难以去除静电。
另外，在实施例1～3的管中，确认了能够提供即使在使用长度延长的情况下末端间电阻也不会产生大的变动且具有良好的除电功能的静电消散性树脂管。
Claims (2)
1.一种静电消散性树脂管，其特征在于，
所述静电消散性树脂管由与流体接触的内层、中间层、加强层、以及外层构成，所述中间层包括第一中间层和第二中间层这两层，
所述内层由具有耐药品性的乙烯-四氟乙烯共聚树脂、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基烷烃共聚树脂、改性全氟烷氧基系树脂中的任一种与导电性物质一同构成，
所述第一中间层由相对于所述内层和所述第二中间层具有熔接性的聚酰胺树脂、聚酰胺系弹性体、接合性聚烯烃树脂、聚氨酯树脂中的至少一种与导电性物质一同构成，
所述第二中间层由相对于所述第一中间层和所述外层具有熔接性的聚酰胺树脂、聚酰胺系弹性体、聚氨酯系弹性体、接合性聚烯烃树脂、聚氨酯树脂中的至少一种与导电性物质一同构成，
设置在所述第二中间层与所述外层之间的所述加强层至少包括导电纤维或金属线，
所述外层由热塑性树脂或弹性体构成。
2.如权利要求1所述的静电消散性树脂管，其特征在于，
所述外层包括导电性物质或抗静电剂，体积电阻率在103～1010Ωcm的范围内。
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