JP2000052490A

JP2000052490A - 積層管状体

Info

Publication number: JP2000052490A
Application number: JP10225602A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Nishimoto; 忠弘西本; Fumitoshi Sakaguchi; 文敏坂口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】強度、熱伝導性および耐食性を具備する金属
腐食性液体用の管状体を提供する。【解決手段】金属管の内面及び／又は外面にビニルエ
ステル樹脂と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂を積層
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】熱処理後に金属に付着しているの
酸化皮膜、汚れの除去、樹脂、インク等のついた金属部
品の洗浄等に用いられる金属腐食性液体の温度を調節・
制御するために用いられる積層管体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱処理された金属は、付着してい
る酸化皮膜、汚れを除去するために、酸などの金属腐食
性液体に浸漬させている。酸などの金属腐食性液体に金
属を浸漬すると、酸化反応で発熱が起こり、液温が上昇
する。液温が上昇すると反応が過剰に進み母材まで侵し
てしまう、一方液温が低下すると所定の処理を行うのに
時間がかかり生産性を下げる等問題があるので、ほぼ一
定の温度に保持する必要があるので、液温上昇時は洗浄
作業を中断して、自然冷却することで対応していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、金属腐食性液
体を収容している容器の中に、熱交換用管体を配置し、
管体の中に水などの熱媒を流し、金属腐食性液体の温度
を制御する方法があるが、熱交換用管体は、温度を効率
よく受け渡すために、銅、アルミニウム等の熱伝導率の
高い金属材質で作られていた。しかし、これらの金属材
料では金属腐食性液体中ではそれ自身が腐蝕してしま
い、せいぜい数日しかもたず、長期間の使用ができなか
った。

【０００４】そこで、熱交換用管体をチタン等の金属腐
食性液体で腐食されない材料で作ることで、長期間の使
用に耐えられるようになったが、熱伝導性はアルミニウ
ム、銅などに比較すると数段劣っており、熱交換用管体
の数を増やなければならなかったり、従来と同じ管体の
大きさ、本数では十分に温度制御ができなかった。本発
明の課題は、金属腐食性液体中でも、長期間の使用に耐
えられ、かつ、十分な熱伝導率を有する熱交換用の積層
管状体を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み鋭意検討を行ったところ、銅、アルミニウムなど
の熱伝導性の良好な材料からなる筒状体の少くとも金属
腐食性液体と接する表面に、炭素繊維を含むビニルエス
テル樹脂層を設けることにより、熱伝導率を損なわず
に、長期間の使用に耐えられる熱交換用管状体が得られ
ることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明
の要旨は、金属管の内面及び／又は外面にビニルエステ
ル樹脂と炭素繊維とを主成分とする炭素繊維強化樹脂を
積層したことを特徴とする金属腐食性液体用の積層管状
体に存する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の熱交換管状体が用いられる金属腐食用液体とし
ては、通常酸が用いられる。具体的には、塩酸、硫酸、
硝酸、これらの混酸などが挙げられる。本発明の熱交換
管状体は、ビニルエステル樹脂と炭素繊維とを主成分と
する炭素繊維強化樹脂を金属管の内面及び／又は外面に
積層してなる。好ましくは、積層管状体の金属腐食性液
体との接触する面が炭素繊維強化樹脂からなる。さらに
好ましくは、金属管の外面に、炭素繊維強化樹脂を積層
することにより得られる。

【０００７】金属としては、熱伝導率が１００〜４５０
Ｗ／ｍＫであるものが用いられ、具体的には、銅、アル
ミニウム、およびこれらを含む合金が挙げられる。経済
性の点から熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫより小さいものを
用いてもよいが、熱伝達の効果が小さくなり伝熱面積を
とる必要が生じる。金属管の大きさは、金属腐食性液体
を収容している容器の大きさにより異なるが、外径は、
通常５〜３００ｍｍ、好ましくは１０〜２００ｍｍであ
る。外径が５ｍｍより小さいと所定の伝熱面積を確保す
るために管状体の数が多くなったり、圧損が大きくなる
ので好ましくない。一方、３００ｍｍより大きいと熱伝
達の効率が低くなる。長さは、通常１００〜５０００ｍ
ｍ、管の厚みは、通常０．５〜１０ｍｍ、好ましくは２
〜６ｍｍである。管の厚みが０．５ｍｍより小さいと熱
交換管状体の強度が不十分となり、一方、１０ｍｍより
大きいと伝熱係数が小さくなる。金属管を用いることに
より、炭素繊維強化樹脂だけでは不足していた強度を補
うことができ、さらに、継ぎ手部分の加工性を確保する
ことができるのである。

【０００８】ビニルエステル樹脂としては、エポキシア
クリレート樹脂が用いられ、通常、エポキシ樹脂と不飽
和−塩基酸とを反応して得られる。ビニルエステル樹脂
の原料であるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールタ
イプのエポキシ樹脂、ノボラックタイプのエポキシ樹脂
などが挙げられる。不飽和−塩基酸として代表的なもの
には、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、モノメ
チルマレート、モノプロピルマレート、ソルビン酸ある
いはモノ（２−エチルヘキシル）マレートなどが挙げら
れる。

【０００９】ビニルエステル樹脂は、通常、重合性不飽
和モノマーを含有している。重合性不飽和モノマー成分
は、重合して硬化物の骨格を構成するものであり、アク
リル酸アルキルエステル、メタクリル酸エステル、スチ
レン、ビニルトルエン等の芳香族モノマー類、アクリル
リトリル等のモノマーが例示でき、これらのモノマーに
加え、必要に応じてジビニルベンゼン、ジアリルフタレ
ート、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋構
造形成に寄与するモノマーを併せて使用することができ
る。これらのモノマー中でも芳香族系のモノマー、特に
スチレンの使用がコスト的にも安価であり、他成分との
相溶性が良く、硬化後の複合材料の耐水性向上に寄与す
ることなどの点から好ましい。

【００１０】さらに、ビニルエステル樹脂には、通常、
ラジカル重合開始剤を使用直前に配合される。ラジカル
重合開始剤としては、有機過酸化物が用いられ、具体的
には、ケトンパーオキサイド系、パーオキシケタール
系、ハイドロパーオキサイド系、ジアシルパーオキサイ
ド系、パーオキシエステル系、パーオキシジカーボネー
ト系のものが挙げられる。

【００１１】ビニルエステル樹脂は、炭素繊維、金属と
の接着性も良好であり、ボイド、剥離を防ぐことができ
る。また、耐食性があり、常温や光で硬化できるので、
大規模な設備も不要である。炭素繊維としては、長繊
維、短繊維いずれも用いることができ、炭素繊維は、長
繊維を平織りなどして得られた織物、長繊維の炭素繊維
を一方向に引き揃えたプリプレグ、短繊維を固めたマッ
トなどの炭素繊維からなるシートであっても長繊維数本
を集束材で集束させたトウでもよい。長繊維を用いた方
が、伝熱係数を向上させ、かつ管状体への捲回が容易で
ありまた長繊維により管状体の強度を向上できるので、
好ましい。

【００１２】炭素繊維の直径は、通常５〜１５μｍ、熱
伝導率は、通常１００ｗ／ｍｋ以上、好ましくは１００
〜１５００ｗ／ｍｋである。炭素繊維の熱伝導率が１０
０ｗ／ｍｋより小さいと伝熱係数が小さくなり、好まし
くない。織物の場合、目付は通常３０〜１０００ｇ／ｍ
²、好ましくは１００〜６００ｇ／ｍ²である。目付が
３０ｇ／ｍ²より小さいと所定の厚みを得るのに多層に
積層しなければならず生産性に問題がある、１０００ｇ
／ｍ²より大きいと樹脂を含浸するのが困難でボイドや
ピンホール等の欠陥をまねきやすいので不適切である。

【００１３】炭素繊維強化樹脂層における、炭素繊維の
割合は、通常３０〜７０重量％、好ましくは４０〜６０
重量％である。また、ビニルエステル樹脂の割合は、通
常３０〜７０重量％、好ましくは４０〜６０重量％であ
る。炭素繊維の割合が少なすぎると、十分な熱伝導性が
得られない。また、炭素繊維の割合が多すぎると炭素繊
維強化樹脂層にボイドが生じ、ボイドから金属腐食性液
体が侵入し、金属管状体の表面を腐食させる恐れがあ
る。

【００１４】炭素繊維強化樹脂層の厚さは、通常０．１
〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５ｍｍである。厚さが
０．１ｍｍより小さいと液の樹脂内の拡散にたいして時
間的余裕が少なく耐久性に問題がある、１０ｍｍより厚
いと樹脂層の伝熱係数が小さくなり熱交換器としての能
力が低くなる。炭素繊維強化樹脂層の製造方法として
は、炭素繊維の短繊維を混ぜたビニルエステル樹脂を金
属管状体の表面に塗布しても、シート状の炭素繊維をビ
ニルエステル樹脂を用いて張り付けても、連続長繊維の
トウを巻き付けてもよい。

【００１５】シート状の炭素繊維をを用いる場合は、通
常、まず、金属管状体の表面に、ビニルエステル樹脂を
厚さが通常０．０２〜０．５ｍｍとなるように塗布し、
ついで、炭素繊維のシートを用いる場合は、炭素繊維シ
ートを金属管状体に巻き付け、その上から、さらに硬化
剤を配合したビニルエステル樹脂を塗布し、へらなど
で、炭素繊維シートにビニルエステル樹脂が均一に含浸
し、ボイドが生じないようにする。また、炭素繊維シー
トは、複数回巻き付けることが、炭素繊維シートの端部
継ぎ合わせ部による欠陥がカバーできる点から好まし
い。

【００１６】炭素繊維トウを用いる場合も、通常、ま
ず、金属管状体の表面に、ビニルエステル樹脂を塗布
し、ついで、ビニルエステル樹脂を供給しながら、トウ
を隙間なく巻き回す。長繊維を用いる場合は、炭素繊維
が、少なくともその一部が管の周方向に沿うように配置
するか、織物を用いることが、熱交換の効率が良好とな
るので好ましい。特に好ましくは、織物を用いることで
適度の張力をかけ捲回出来き、織物の織り目により繊維
が厚み方向に配向されるので、金属管状体からの剥離等
の欠陥がなく熱伝導率の高い物が供試出来るのである。

【００１７】このようにして得られた管状体は、必要に
応じて、両端に冷却水、温水などの熱媒を管状体の内部
に流通させるための樹脂チューブを管状体に接続させる
ための接続部材を溶接、接着などの手段で、接続され
る。接続部材が酸により腐食する材料からなる場合は、
接続部材の外表面のうち、酸に接する部分には、炭素繊
維強化樹脂層を設けることが望ましい。

【００１８】

【実施例】両端に、樹脂チューブを取り付けられるよう
に接続部材を溶接してある、外径８０ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍ、長さ１０００ｍｍで、熱伝導率３８０Ｗ／ｍｋの銅
管に、繊維径１０μｍ、熱伝導率１４０Ｗ／ｍｋの炭素
繊維を平織りにしたシート（三菱化学（株）製ダイアリ
ードＦＰ３５−２２０）を常温硬化型のビスフェノール
Ａ型エポキシアクリレートであるビニルエステル樹脂
（昭和高分子（株）製リポキシＲ−８０２）にメチルエ
チルケトンパーオキサイド（日本油脂製パーメックＮ）
を混合したものを含浸させながら、銅管の外周に、３回
巻き付け、硬化させ、熱交換用管状体とした。得られた
炭素繊維強化樹脂の炭素繊維の割合は５０重量％、炭素
繊維強化樹脂層の厚さは０．９ｍｍであった。接続部材
のうち酸に接触する部分にも、銅管の外周と同様に、炭
素繊維シートをビニルエステル樹脂を用いて３層積層し
た。得られた管状体の両端に接続部材を溶接し、接続部
材を介して、樹脂チューブを取り付け、管状体の内部に
冷却水を流した。この管状体を酸に浸漬しても、酸によ
る腐蝕がなく、酸の温度上昇を効果的に抑えることがで
きる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、強度、熱伝導性および
耐食性に優れた、金属腐食性液体用の管状体を得ること
ができる。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属管の内面及び／又は外面にビニルエス
テル樹脂と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂を積層し
たことを特徴とする金属腐食性液体用の積層管状体。
【請求項２】金属の熱伝導率が１００〜４５０Ｗ／ｍｋ
である請求項１に記載の積層管状体。
【請求項３】炭素繊維強化樹脂層の厚さが０．１〜１０
ｍｍである請求項１または２に記載の積層管状体。
【請求項４】炭素繊維の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上
である請求項１ないし３いずれか１項に記載の積層管状
体。
【請求項５】炭素繊維が織物、長繊維を引き揃えてなる
プリプレグまたは短繊維からなるマットである請求項１
ないし４いずれか１項に記載の積層管状体。
【請求項６】炭素繊維が長繊維である請求項１ないし４
いずれか１項に記載の積層管状体。
【請求項７】炭素繊維の長尺方向が熱交換管体の周方向
である請求項１ないし６いずれか１項に記載の積層管状
体。
【請求項８】金属腐食性液体の温度を制御するために用
いることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に
記載の積層管状体。
【請求項９】金属管の内面及び／又は外面にビニルエス
テル樹脂と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂を積層し
てなる積層管状体。