JP2005047102A

JP2005047102A - 内面ライニング鋼管及びその製造方法

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Publication number: JP2005047102A
Application number: JP2003205009A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sugawara; 啓司菅原; Masahito Kaneko; 雅仁金子; Akihiko Furuta; 彰彦古田; Nozomi Mitsusaka; 望三坂
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】給水、給湯、空調、排水等に用いられる配管において、耐塩素水性、耐冷熱水サイクル性、耐ウォーターハンマー性、溶出性、低温衝撃性に優れた内面ライニング鋼管及びその製造方法を提供する。
【解決手段】鋼管の内面にライニング層を有する内面ライニング鋼管において、前記ライニング層は、ポリスチレン系樹脂と、エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加材と、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体とを含み、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、前記エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加剤を合計で３質量部以上５０質量部以下含有し、また前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体を１〜３０質量部含有する樹脂組成物からなる内面ライニング鋼管。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水、給湯、空調、排水等の配管等に使用される、内側に水が流れる内面樹脂ライニング鋼管に関し、特に、効率的な方法で製造され、かつ、長期性能の優れた内面樹脂ライニング鋼管およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給水、給湯、排水等に使われる配管は、耐食性等の改善のために、ポリエチレン樹脂粉体等を化成処理、プライマー処理等の表面処理が施された鋼管の内面に加熱した状態で粉体塗装することで内面ライニング層を形成するといった方法が用いられているが、この粉体塗装法は、生産効率の面で優れるものではなく、また、防食性能の低下につながるピンホール等が発生しやすい、また厚膜化が困難であるなどの問題があった。
【０００３】
また、形状復元性を有することが知られている塩ビ樹脂を用い、形状復元性を付与した、鋼管の内径より小さなパイプを作製、鋼管内で加熱復元させることにより拡径し、鋼管内面に貼り付ける方法が知られており、この方法は非常に生産性も高く、塩ビ樹脂の価格も安価であるため、従来より給水用内面樹脂ライニング鋼管の主流になっている。しかし塩化ビニル樹脂は、耐衝撃性、特に低温での耐衝撃性が低く、給水・給湯管として寒冷地で使用する際、及び施工時の屋外放置の際などにライニング層にダメージを受ける場合があるなどの問題があり、さらに、近年は、塩化ビニル樹脂の廃却の際の有害物の発生、塩化ビニル樹脂処理ルートにのせるための鋼管と塩化ビニル樹脂の分離など処理の負荷が大きく、環境負荷の大きい材料との認識のもとに、その使用は制限されてきている。
【０００４】
また、架橋ポリエチレン管に形状復元性を付与し、鋼管内で加熱復元することにより拡径しライニングする方法も知られているが、架橋剤からの溶出成分があるため水道水の衛生性を確保できないなどの問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、上記問題のないものとして、ポリエチレン管に形状復元性を付与し鋼管の内面ライニングをする方法も開示されているが（例えば、特許文献２参照）、本発明者らの検討によれば、給水、給湯用として長期耐久性の点で信頼性の劣るものであった。
【０００６】
また、防食性能の高いものとして、ガス管などに用いられる外面被覆鋼管のための外面被覆材料として様々なものが知られているが、いずれも本目的には充分な性能を有さない。例えば、フッ素樹脂（例えば、特許文献３参照）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（例えば、特許文献４参照）が知られているが、これらはいずれも樹脂価格が高く、さらに効率の低い粉体塗装や高温での焼付け工程が必要などかなり使用に制限が加わるものである。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂（例えば、特許文献５参照）、及びナイロンなどポリアミド樹脂（例えば、特許文献６参照）などは給水用、特に給湯用の内面ライニング鋼管とした場合、性能に問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−９９１２号公報（第２〜３頁）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−２５７２６５号公報（第２〜４頁、図１）
【０００９】
【特許文献３】
特開平８−３００５５４号公報（第２〜３頁）
【００１０】
【特許文献４】
特開平４−５０５８５号公報（第２〜３頁）
【００１１】
【特許文献５】
特開平７−３２９２４０号公報（第２〜５頁、表１、図１〜図４）
【００１２】
【特許文献６】
特開平８−２９４９９４号公報（第２〜４頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
給水、給湯用に使用される配管の内面ライニング層に求められる性能は、通常の被覆材料に求められる性能とは全く異なり、耐塩素水性、耐冷熱水サイクル性、耐ウォーターハンマー性、溶出性、低温衝撃性などが求められる。
【００１４】
例えば、耐塩素水性が低いと水道水中に添加されている塩素により内面ライニング層が劣化し、剥離やツマリなどの原因となる。また、耐冷熱水サイクル性が低いと、水とお湯の切替や、常温に冷えている配管内にお湯が流れ込む回数が長年使用で多くなった時点で、内面ライニング層が変形したり、クラックが入ったりする結果、水と直接触れた鋼管内面部分が錆びて赤水が蛇口より供給されることになってしまう。
【００１５】
耐ウォーターハンマー性が低いと、蛇口を止めた瞬間に管内に生じる負圧により、ライニング層の剥離、ツマリなどが起きる。また、通常、過マンガン酸カリウム消費量で定量される溶出性が高いと、水道水中に溶け出す有機物の量が多いことを意味し、衛生性に悪い。
【００１６】
また、低温衝撃性が悪いと、寒冷地での施工、及び使用において、内面ライニング層がダメージを受けツマリ、赤水発生などの原因となる。
【００１７】
さらに、内面ライニングは、鋼板の被覆や、鋼管の外面被覆に比べ行いにくく、効率的な内面ライニング方法に適用可能な事も重要である。
【００１８】
上述したように従来はこれら全てを満足する手段はなく、それらを解決できる手法が望まれていた。
【００１９】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、給水、給湯、空調、排水等に用いられる配管において、耐塩素水性、耐冷熱水サイクル性、耐ウォーターハンマー性、溶出性、低温衝撃性に優れた内面ライニング鋼管及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、給水・給湯等に用いられる配管の内面ライニングに要求される上記諸特性に関して鋭意研究した結果、以下の方法により上記課題を解決でき、給水、給湯用として充分な性能を有する内面樹脂ライニング鋼管を提供できることが判明した。
【００２１】
本発明に係る内面ライニング鋼管は、鋼管の内面にライニング層を有する内面ライニング鋼管において、前記ライニング層は、ポリスチレン系樹脂と、エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加材と、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体とを含み、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、前記エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加剤を合計で３質量部以上５０質量部以下含有し、また前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体を１〜３０質量部含有する樹脂組成物からなることを特徴とする。
【００２２】
エラストマー及びゴム成分が３質量部未満だと耐衝撃性が低下し、５０質量部超だと耐冷熱水サイクル性と耐ウォーターハンマー性が不十分になる。
【００２３】
ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体の含有量は、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して１〜３０質量部の割合とすることが必要であり、１〜１０質量部の割合とすることがより好ましい。理由は定かではないが、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体がポリスチレン系樹脂１００質量部に対して１質量部より少なくなっても３０質量部より多くなっても、実使用環境をシミュレートした冷熱水サイクル特性が不十分になることが判明している。さらにライニング特性を向上させるには、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体の含有量を１０質量部以下に抑えることが好ましい。
【００２４】
前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体は、ポリメチルメタクリレートグラフトポリエチレン、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレングリシジルメタクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体からなる群より選択される１種又は２種以上であることが好ましい。
【００２５】
さらに、ライニング層は、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、（ｉ）１００質量部以下のポリスチレングラフト共重合体、（ｉｉ）５質量部以下の酸化チタン、からなる群より選択される１又は２以上の添加材を含有することが好ましい。
【００２６】
ポリスチレングラフト共重合体を添加すると、樹脂組成物からなるライニング層の低温衝撃特性が向上する。しかし、１００質量部を超えて添加すると、耐冷熱水サイクル性及びウォーターハンマー特性が不充分なものになる。
【００２７】
酸化チタンを添加すると、耐塩素水性が向上する。しかし、５質量部を超えて添加すると、耐冷熱水サイクル性が不充分なものになる。
【００２８】
本発明に係る内面ライニング鋼管の製造方法は、ポリスチレン系樹脂と、エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加材と、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体とを含み、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、前記エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加剤を合計で３質量部以上５０質量部以下含有し、また前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体を１〜３０質量部含有する樹脂管を加熱下で縮径させ、鋼管内に挿入し、再度加熱して拡径させ、該樹脂管を鋼管の内面にライニングすることを特徴とする。
【００２９】
さらに、ライニング層と鋼管との間に接着層を設けるようにしてもよい。この場合、前記樹脂管は外面に接着層を形成した樹脂管を用いてもよい。接着層として、無水マレイン酸変性ポリスチレン又はホットメルト系接着剤を用いることが望ましく、接着層を設けることにより樹脂管を鋼管の内面に強固に接着することができる。
【００３０】
（作用）
本発明の樹脂組成によれば、給水、給湯用配管の内面ライニング層に求められる耐塩素水性、耐冷熱水ヒートサイクル性、耐ウォーターハンマー性、溶出性、低温衝撃性などを充分に満足する結果、長期間の使用によってもライニング層の変形やクラック発生などに起因する赤水が発生しなくなる。
【００３１】
さらに、本発明の樹脂組成物は形状復元性に優れているため、ライニング鋼管の製造方法として、管状に成形した樹脂組成物を加熱下で縮径させて形状復元性を付与し、これを鋼管内に挿入して再度加熱することにより、樹脂管が膨張して拡径し、鋼管の内面にライニングすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る内面ライニング鋼管の一部を模式的に示す拡大断面図である。図１は鋼管内面とライニング層との間に接着層を有する例で、１は内面ライニング鋼管、２は鋼管、３は接着層、４はライニング層（樹脂組成物）である。
【００３３】
以下に本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００３４】
（鋼管）
本発明で用いられる鋼管は、鋼管外面にブラスト処理、酸洗処理、化成処理、メッキ処理、プライマー処理もしくはプラスチックライニングを行なっても良い。また、鋼管内面には、ブラスト処理、酸洗処理、化成処理、メッキ処理などをしてもよく、さらにその内側に通常行なわれているような熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂によるプライマー処理をしても良く、後述するように必要に応じてそれらとライニング層との間に接着層を介在させても良い。鋼管の大きさは外径が１０〜２０００ｍｍ程度、通常２０〜１７０ｍｍ程度のものを、長さは３〜１０ｍ程度、通常４〜６ｍ程度、肉厚は２．０〜５．３ｍｍ程度のものを用いる。
【００３５】
（ポリスチレン系樹脂）
ライニング層に用いられるポリスチレン系樹脂は、既知の汎用樹脂であり、最も代表的なスチレンをはじめとして下記一般式に示したようなビニル芳香族化合物もしくはその誘導体の繰り返し単位を有する単独重合体または共重合体である。
【００３６】
【化１】

【００３７】
上記の式中、Ｒは水素、またはアルキル基等を、Ｒ’はアルキル基、ビニル基、ハロゲン、またはアミノ基等を、そしてｍは０または１〜５の整数を表す。
【００３８】
代表例としては、ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン等があり、さらにこれらの共重合体を用いてもよい。また、ポリスチレンやポリα−メチルスチレンには立体異性体であるアタクチック型、シンジオタクチック型、アイソタクチック型があるが、それらを適宜使うことができる。例えば通常のアタクチックポリスチレンの他にもシンジオタクチックポリスチレン、アイソタクチックポリスチレンを用いることができ、さらに適宜これらの混合物を用いることができる。また、このような芳香族ビニル化合物と非芳香族化合物との共重合体であっても良い。代表例としては、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−メチルメタクリレート共重合体等が挙げられる。
【００３９】
（エラストマー・ゴム）
エラストマー成分としては公知の熱可塑性エラストマーであれば何でもよい。具体例としては例えば、ポリテトラメチレングリコールのような脂肪族ポリエーテルとポリブチレンテレフタレートのような芳香族ポリエステルとが結合したようなポリエステル系エラストマーや、ポリアミド６、６６、１１、１２等の結晶性ポリアミドとポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルとが結合したようなポリアミド系エラストマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂とエチレンプロピレンゴム、イソブチレンイソプレンゴムのようなオレフィン系ゴムからなる熱可塑性ポリオレフィン系エラストマーや、イソシアネートとポリテトラメチレングリコールなどのポリエーテルもしくはポリエステルを共重合したウレタン系エラストマーや、スチレンとブタジエン、イソプレンなどのジエン成分とを共重合したスチレン系エラストマーや、上記エラストマーの水添物等を挙げることができる。また、ゴム成分としては、公知のゴムであれば何でもよい。具体例としては例えば、スチレン系、ブタジエン系、イソプレン系、アクリル系、もしくはエチレンプロピレン系ゴムや、それらの水添物等を挙げることができる。
【００４０】
また、ゴムもしくはエラストマー成分を有するポリスチレンとして、ＨＩＰＳ（ハイインパクトポリスチレン）と称されるような耐衝撃性を改善したポリスチレンを用いてもよい。
【００４１】
本発明の樹脂組成物は、前記エラストマー成分のグループ及び前記ゴム成分のグループのうちから選ばれるエラストマー成分及び／又はゴム成分の１種又は２種以上を含有する。
【００４２】
（ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体）
ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体は、オレフィン系化合物の単独もしくは共重合体に、ポリメチルメタクリレート重合体がグラフトされた重合体であり、オレフィン系化合物の単独もしくは共重合体の具体例としては、ポリエチレン、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体、エチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体が挙げられ、特にこれら共重合体中のエステル系モノマー含有率が１０〜２５質量％、無水マレイン酸モノマー含有率が１０質量％以下のものが望ましい。また、ポリメチルメタクリレート重合体には性能を損なわない範囲で若干の共重合モノマーが混在しても良い。
【００４３】
前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体は、ポリメチルメタクリレートグラフトポリエチレン、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレングリシジルメタクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体からなる群より選択される１種又は２種以上であることが好ましい。
【００４４】
（組成比）
これら樹脂組成物において、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対してポリメチルメタクリレートグラフト共重合体を１〜３０質量部、より好ましくは１〜１０質量部とし、かつ、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して合計で３〜５０質量部のエラストマーもしくはゴム成分を含有することが必要である。理由は定かではないが、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体が１質量部より少なくなっても３０質量部より多くなっても、実使用環境をシミュレートした冷熱水サイクル特性が不十分になる。また、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対してエラストマー及びゴム成分の合計添加量が３質量部以下だと耐衝撃性が低下し、５０質量部以上だと実使用環境をシミュレートした耐冷熱水サイクル性能と耐ウォーターハンマー性が悪くなる。エラストマー及びゴム成分の合計含有量は、３質量部以上３０質量部以下がより好ましい。ライニング特性を向上させるには、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体の含有量を１０重量部以下に抑えることが好ましい。
【００４５】
前記樹脂組成物からなるライニング層を鋼管内面に有する内面ライニング鋼管は、耐塩素水性、耐冷熱水サイクル性、耐ウォーターハンマー性、溶出性、低温衝撃性に優れる。また、該内面ライニング鋼管は、樹脂組成物の加熱復元性を利用した効率的方法で製造することができる。
【００４６】
（ポリスチレングラフト共重合体）
本発明の樹脂組成物には、また、低温衝撃特性を向上させるためにポリスチレングラフト共重合体を添加しても良い。
【００４７】
ポリスチレングラフト共重合体は、オレフィン系化合物の単独もしくは共重合体に、ポリスチレン重合体がグラフトされた重合体であり、オレフィン系化合物の単独もしくは共重合体の具体例としては、ポリエチレン、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体、エチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体が挙げられ、特にこれら共重合体中のエステル系モノマー含有率が１０〜２５質量％、無水マレイン酸モノマー含有率が１０質量％以下のものが望ましい。また、ポリスチレン重合体には性能を損なわない範囲で若干の共重合モノマーが混在しても良い。ポリスチレングラフト共重合体は、１種を添加してもよく、２種以上添加してもよい。
【００４８】
ポリスチレングラフト共重合体の添加は、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、１００質量部以下とすることが好ましい。それらを超えて過剰に添加すると耐冷熱水サイクル性能及びウォーターハンマー特性が不充分なものになる。さらに５０質量部以下とすることで樹脂管のライニング特性が向上する。
【００４９】
（酸化チタン）
本発明の樹脂組成物には、また、耐塩素水性を向上させるために酸化チタンを添加しても良い。
【００５０】
酸化チタンは、公知のものでよくルチル型でもアナターゼ型でもよく、粒径も特に制限されるものではないが、樹脂組成物中への均一分散などを考慮すると３０μｍ以下の粒径が好ましい。添加量は、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し、５重量部を超えると耐温水性が不充分なものになるので５質量部以下が好ましい。耐塩素水性を十分にするには、添加量は０．１質量部以上が好ましい。
【００５１】
（樹脂組成物の混合）
これら樹脂組成物の混合は、従来より樹脂混練の方法として公知の一般的方法を用いて行うことができ、高温下でニーダーや押出し機により混練することにより可能であり、特に、エラストマーやゴム成分は場合によりポリスチレン樹脂重合時に添加、もしくはポリスチレン重合と同時に重合しても良い。
【００５２】
また、着色等の目的で、アゾ系、フタロシアニン系、アンスラキノン系、インジゴ系、チタニア系、ベンガラ系、カーボンブラック、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、シリカ、クレー等の顔料、およびそれらを複合した顔料を添加しても良い。
【００５３】
また、上記樹脂組成物には本発明の性能を損なわない範囲で、上記樹脂組成物を主成分として他の樹脂を混ぜ合わせても良く、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐光安定化剤、難燃剤、充填剤、滑剤、帯電防止剤、粘着付与剤等の添加剤を加えることができる。
【００５４】
（接着層）
また、鋼管１とライニング層４の間に接着層３を設けること（図１参照）により、ライニング層４と鋼管２との密着力が向上し、配管施工工事現場での作業性向上や、使用時の信頼性確保になる。そのような接着層の材料としては、無水マレイン酸変性ポリスチレンや、ホットメルト接着剤を用いることができる。ホットメルト接着剤としては、例えば、エチレン−無水マレイン酸共重合樹脂、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂、エチレン−メタクリル酸エステル共重合樹脂、アイオノマー樹脂、もしくはエチレン−酢酸ビニル共重合体等の１種又は２種以上をベースとしたポリオレフィン系ホットメルト接着剤、もしくは、ポリエステル系ホットメルト接着剤、ポリアミド系ホットメルト接着剤、ポリウレタン系ホットメルト接着剤などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００５５】
また、上記接着剤には本発明の性能をそこなわない範囲で、上記接着剤同士もしくは他の樹脂を混ぜ合わせても良く、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐光安定化剤、可塑材、難燃剤、顔料、着色剤、充填剤、滑剤、帯電防止剤、粘着付与剤等の添加剤を加えることができる。
【００５６】
（内面ライニング鋼管の製造方法）
ライニング方法としては、上記樹脂組成物を公知の方法で混練混合した後、破砕、粉状にしたものを、加熱した鋼管内面に吹付ける粉体塗装法、もしくは粉体流動槽の中に加熱した鋼管を浸漬する流動浸漬法などが適用可能である。
【００５７】
また、本発明の樹脂組成物は形状復元性を有するため生産効率のよい方法として形状復元法にも適用可能である。ここで、形状復元性とは、樹脂管を加熱下で縮径させた後冷却したものを再度加熱すると、その樹脂組成物が本来有する線膨張係数以上の割合で拡径する特性である。また、形状復元法とは、ライニングしようとする鋼管の内径よりも大きな外径を有する樹脂管を加熱下で鋼管内径より小さい径まで縮径させ、冷却して得られた樹脂管を鋼管内に挿入し、再度加熱して拡径させ、該樹脂管を鋼管の内面にライニングする方法である。
【００５８】
具体的には、まず、本発明の樹脂組成物を通常の方法で金型よりパイプ状に押出しし、サイジングダイ、水冷シャワー等を用いて樹脂を固化温度以下まで冷却しながら外径を固定して、鋼管内径よりも大きな外径を有する樹脂管にする。その後、形状復元性を付与するために、該樹脂管を、赤外線加熱炉、マイクロ波加熱炉、高周波加熱炉、熱風炉等を利用して該樹脂組成物のガラス転移温度以上まで昇温しながら、もしくはガラス転移温度以上の温度域で、鋼管内径よりも小さな外径になるまで縮径し、冷却することが好ましい。
【００５９】
この縮径は、２台の引取機の間に、加熱炉と冷却槽を配置させたラインを採用し、２台の引取機の速度差を利用して管の長手方向に延伸して縮径する方法、もしくは出側の径が鋼管内径より細いテーパーのついた金型内を通過させて縮径する方法、もしくはロール等で径方向に絞り込み縮径する等の方法が適用できる。また、これらの工程において形状を安定させるため、パイプの内側にエアを送り込むなどの方法でパイプ内側を加圧したり、金型への成形物の追随を良くするためパイプの外側を減圧にし金型に吸い付けるようにするなどの方法を適用することも可能である。
【００６０】
また、樹脂組成物を金型よりパイプ状に押出しする際に、樹脂温度がガラス転移温度以上になる様にし、それを冷却しながら上記方法で縮径を行っても良い。
【００６１】
縮径後の樹脂管のサイズは、ライニングしようとする管のサイズ、作業性、経済性等を考慮して、通常、外径１２〜１５８ｍｍ、肉厚０．４〜４．５ｍｍになるようにするが、特にこれに制限されるものではない。
【００６２】
また、樹脂組成物のガラス転移温度は示差走査熱量分析等、通常行われる方法で得ることができる。
【００６３】
縮径するときの樹脂管温度は、ガラス転移温度より低いとネッキングなどが発生し安定的に縮径が行えなくなり、さらに形状復元するときも不均一なものになりきれいに鋼管内面をライニングできなくなる。
【００６４】
ライニング層と鋼管の間に接着層を設けるときは、加熱した鋼管の内側に、無水マレイン酸変性ポリスチレン又はホットメルト系接着剤（以下、無水マレイン酸変性ポリスチレン又はホットメルト系接着剤を、接着剤等という。）の粉体を吹き込んで鋼管内面に融着させてもよいし、樹脂管の外面に接着剤等を被覆して接着層を形成してもよい。樹脂管の外面に接着剤等を被覆する時は、形状復元性を付与する前もしくは後にクロスヘッド丸ダイやＴダイで接着剤等を樹脂管表面に被覆する方法、もしくはあらかじめフィルム状に成形した接着剤等を樹脂管の表面に巻きつける方法、もしくは多層金型でライニング層となる樹脂と接着剤等を共押出しする方法などが適用できる。通常接着層の厚みは０．０５〜０．８ｍｍであるが特にこれに限定されるものではない。
【００６５】
このようにして作製したライニング用樹脂管を鋼管内に挿入し、高周波加熱炉、熱風炉等で加熱し、好ましくは樹脂管を該樹脂組成物の［ガラス転移温度−１０℃］より高い温度、さらに好ましくはガラス転移温度以上の温度に加熱することにより、樹脂管が膨張して鋼管内面にライニングされる。
【００６６】
この形状復元プロセスでは、単に加熱するだけではなく、該樹脂管の内部に圧縮空気などを吹込むことにより加熱膨張をさらに促進させる方法や、該樹脂管の両端部を密封することにより温度上昇に伴う該樹脂管内の空気の体積増加により加熱膨張をさらに促進させる方法もある。
【００６７】
樹脂管の加熱温度を前記のようにするのは、加熱時の樹脂管温度が［ガラス転移温度−１０℃］より低い場合に、樹脂管の拡径が不足して鋼管とライニング層との間に隙間が存在する部分が発生してしまう可能性のあることが判明し、ガラス転移温度以上に加熱することにより安定的に樹脂管を拡径することができるという知見を得たことに基づく。
【００６８】
また、鋼管と樹脂管の間の空気を抜けやすくするために、管中央部より両端部へ、もしくは一方の管端より他端へ、加熱していくのが好ましい。さらに、鋼管端部付近は、熱が樹脂管へと伝わりにくいので、ライニング後に熱処理を行なってもかまわない。該樹脂管が鋼管内面に密着した後は、冷却し、鋼管端部よりはみ出している樹脂管部分を切断することにより内面樹脂ライニング鋼管を得ることができる。
【００６９】
【実施例】
以下に、本発明の内面樹脂ライニング鋼管について、樹脂管を形状復元法で鋼管内面にラインニングして製造した場合を実施例に基いて説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００７０】
（実施例１〜２９、比較例１〜１１、１３、１５〜２１）
あらかじめ、各種原料を、単軸もしくは２軸押出し機、もしくはニーダーなどで混練し、表１〜６に示した組成の樹脂ペレットを得た。但し、数値部は質量比を示す。なお、表１〜６中のポリスチレングラフトエチレンエチルアクリレート共重合体、ポリスチレングラフトエチレン酢酸ビニル共重合体、およびポリメチルメタクリレートグラフトポリエチレン、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレングリシジルメタクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体において、ポリスチレン重合体およびポリメチルメタクリレート重合体がグラフトされた共重合体の組成は下記に示すとおりである。
１）エチレンエチルアクリレート共重合体：エチルアクリレート含有量２０質量％
２）エチレン酢酸ビニル共重合体：酢酸ビニル含有量１５質量％
３）エチレングリシジルメタクリレート共重合体：グリシジルメタクリレート含有量１５質量％
４）エチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体：エチルアクリレート含有量１２質量％／無水マレイン酸含有量３質量％
【００７１】
【表１】

【００７２】
【表２】

【００７３】
【表３】

【００７４】
【表４】

【００７５】
【表５】

【００７６】
【表６】

【００７７】
ライニング用樹脂管は、概略、押出し機、金型、冷却槽、引取り機、加熱炉、冷却槽、引取り機、パイプ切断機の順に並んだ成形ラインにおいて、連続的に製造した。
【００７８】
先ず、表１〜６に示す組成の樹脂を所定温度で丸ダイスより外径２９．０ｍｍから３０．０ｍｍのパイプ形状に押出した直後に、パイプ表面が４０℃以下になるまで冷却し、次にパイプ外面が表１〜６に示した温度に到達するように加熱炉で加熱しながら、加熱炉の前後に配した２台の引取り機の速度差でパイプの外径が２５．８ｍｍになるようにパイプを延伸縮径し、冷却水槽にて冷却し、外径が２５．８ｍｍ、肉厚が０．８〜１．２ｍｍのライニング用樹脂管を作製した。
【００７９】
作製した樹脂管を長さ４ｍ５０ｃｍにし、酸洗処理した呼び径２５Ａの鋼管（内径２７．６ｍｍφ、外径３４ｍｍφ×４ｍ）の内にさし込み、その後、樹脂管が表１〜６に示した温度になるように高周波加熱装置により鋼管を加熱し、樹脂管を加熱膨張させ鋼管内面にライニングした。さらに、鋼管端部よりはみ出した樹脂部分を切断しライニング鋼管を得た。
【００８０】
（比較例１２）
実施例１と同様の方法で作製したが、表６記載の樹脂２種を、２層の厚み比が内層：外層＝７：３になるように、外径３０．０ｍｍのパイプ形状に共押出しし、それを冷却後、パイプ外面が１０５℃に到達するように加熱炉で加熱しながら、加熱炉の前後に配した２台の引取り機の速度差でパイプの外径が２６．０ｍｍになるようにパイプを延伸縮径し、冷却水槽にて冷却し、外径が２６．０ｍｍ、肉厚約１．４ｍｍのライニング用樹脂管を作製した。
【００８１】
作製した樹脂管を長さ４ｍ５０ｃｍにし、酸洗処理した呼び径２５Ａの鋼管（内径２７．６ｍｍφ、外径３４ｍｍφ×４ｍ）の内にさし込み、その後、樹脂管が１０５℃になるように、高周波加熱装置により鋼管を加熱し（この時の鋼管の温度は１２８℃であった）、樹脂管を加熱膨張させ鋼管内面にライニングした。さらに、鋼管端部よりはみ出した樹脂部分を切断しライニング鋼管を得た。
【００８２】
（比較例１４）
実施例１と同様の方法で作製したが、表６記載の樹脂を、外径３０．０ｍｍのパイプ形状に押出しし、それを冷却して樹脂パイプを得た。樹脂パイプを８０℃の温水槽に２４ｈｒ浸漬し架橋処理を行った。処理後の樹脂パイプのＪＩＳＫ６７６９によるゲル分率は３２％であった。このパイプをパイプ外面が１４０℃に到達するように加熱炉で加熱しながら、加熱炉の前後に配した２台の引取り機の速度差でパイプの外径が２６．０ｍｍになるように延伸縮径し、冷却水槽にて冷却し、外径が２６．０ｍｍ、肉厚約１．４ｍｍのライニング用樹脂管を作製した。
【００８３】
作製した樹脂管を長さ４ｍ５０ｃｍにし、酸洗処理した呼び径２５Ａの鋼管（内径２７．６ｍｍφ、外径３４ｍｍφ×４ｍ）の内にさし込み、その後、樹脂管が１４０℃になるように、高周波加熱装置により鋼管を加熱し（この時の鋼管の温度は１７０℃であった）、樹脂管を加熱膨張させ鋼管内面にライニングした。さらに、鋼管端部よりはみ出した樹脂部分を切断しライニング鋼管を得た。
【００８４】
評価は、縮径特性、ライニング特性、冷熱水サイクル特性、低温衝撃特性、溶出性、ウォーターハンマー特性、耐塩素水性について行った。ライニング特性の評価が×のものは、冷熱水サイクル特性のみ評価し、低温衝撃特性、溶出性、ウォーターハンマー特性、耐塩素水性の評価を行わなかった。
【００８５】
＜縮径特性＞
延伸縮径時に、樹脂管がちぎれたり、極度に変形し断面形状がつぶれてしまうなど、縮径が良好にできなかったものを縮径特性「×」、縮径後のパイプ外径を１０ｃｍピッチで１０点測定し、バラツキが目標外径の±５％未満であったものを「○」、パイプの縮径は良好にできたもののバラツキが目標外径の±５％以上であったものを「△」とした。
【００８６】
＜ライニング特性＞
ライニング後、ライニング鋼管を１０ｃｍピッチで１０ヶ所切断、断面観察し、ライニング層が鋼管内面より０．５ｍｍ以上離れている部分が１ヵ所でもあった場合ライニング特性「△」、目視ではライニング層と鋼管との間にスキマが認められなかったもの及びスキマが０．５ｍｍ未満であった場合「○」、またライニング前の樹脂管外径に対しほとんど変化が見られなかった部分があった場合「×」とした。
【００８７】
＜冷熱水サイクル特性＞
ライニング鋼管を５０ｃｍ長さに切断し、内面に８５℃の熱水を１０分、室温水を１０分流すというサイクルを１００００回行い、その後のライニング層の変化を観察、ライニング層が収縮、膨張、剥離などの変形もしくは内表面にクラックが発生し、赤水が発生したものを「×」、赤水が発生しなかったものを「○」、ライニング層に変形もしくはクラック発生などの変化のなかったものを「◎」とした。
【００８８】
＜低温衝撃特性＞
先端がＲ２０ｍｍの半球になっており重さが６．３ｋｇの錘を、水平に固定したライニング鋼管の真中外表面に−８℃で、高さ０．８ｍより落として鋼管が露出しなかったものを「◎」、高さ０．８ｍでは鋼管内面が露出したものの高さ０．５ｍより落としたときには鋼管が露出しなかったものを「○」、高さ０．５ｍでも鋼管が露出したものを「×」とした。
【００８９】
＜溶出性＞
水道水へのライニング材料からの溶出性を過マンガン酸カリウム消費量にて評価した。方法はＪＩＳＫ６７６９に準じ、消費量が２ｍｇ／Ｌ以下を「○」、それより大きい時を「×」、とした。
【００９０】
＜ウォーターハンマー特性＞
ＪＷＷＡ（水道協会）規格に準じ、ウォーターハンマー特性を評価した。ライニング鋼管内面に流す水の流速を２．６４ｍ／ｓｅｃとし、バルブ開閉時の圧力が１．９ｋｇｆ／ｃｍ^２以上になる状態で、３００回バルブ開閉を行い、その後のライニング層が変形していたものを「×」、変形していなかったものを「○」とした。
【００９１】
＜耐塩素水性＞
ＪＩＳＫ６７６２の方法にて樹脂組成物の耐塩素水性を評価した。１０００時間経過後もライニング層に水泡発生のなかったものを「◎◎」、１０００時間経過後水泡発生があったがＪＩＳと同じ１６８時間経過後には水泡発生がなかったものを「○」、それ以下でブ水泡発生など異常の見られたものを「×」とした。
【００９２】
上記評価結果を表７および８に示した。
【００９３】
【表７】

【００９４】
【表８】

【００９５】
縮径特性およびライニング特性については、実施例９、１０、２３、２７および比較例５〜９、１９、２０が△もしくは×評価であったのを除いて、その他の実施例、比較例ではすべて○評価であった。
【００９６】
冷熱水サイクル特性については、すべての実施例１〜２９で○評価以上であったのに対して、比較例１〜２１はすべて×評価であった。
【００９７】
比較例１９、２０は、樹脂管を形状復元法によって鋼管内面にライニングする際に、縮径時および拡径時の温度条件が好ましい温度範囲を外れるため、縮径特性が△評価、又はライニング特性が×評価であり、これらは内面ライニング層の性状が悪くなり、冷熱水サイクル特性が劣る。
【００９８】
低温衝撃特性については、実施例１〜２０、２６〜２９で○評価、実施例２１〜２５で◎評価であったのに対して、比較例３、１３、１８では×評価であった。
【００９９】
溶出性については、すべての実施例１〜２９で○評価であったのに対して、比較例１４では×評価であった。
【０１００】
ウォーターハンマー特性については、すべての実施例１〜２９で○評価であったのに対して、比較例５〜９、１１、１２では×評価であった。
【０１０１】
耐塩素水性については、実施例２６で特に優れた◎◎評価結果が得られ、他の実施例で○評価であったのに対して、比較例１３では×評価であった。
【０１０２】
以上の結果より、本発明による内面ライニング鋼管は冷熱水サイクル性能をはじめ給水、給湯用の管として十分な性能を有していることが確認された。
【０１０３】
（実施例３０〜４７）
また、実施例１と同様の方法で、表９に示した条件でライニング用樹脂管を作製した後、その外表面に、表９に示した接着剤をクロスヘッドダイスより溶融押出しし厚み０．１ｍｍになるように被覆した、被覆後直後に冷却し、接着層つきのライニング用樹脂管を作成した。
【０１０４】
作製した樹脂管を長さ４ｍ５０ｃｍにし、酸洗処理した呼び径２５Ａの鋼管（内径２７．６ｍｍφ、外径３４ｍｍφ×４ｍ）の内にさし込み、その後、表９に示した条件で鋼管内面にライニングした。さらに、鋼管端部よりはみ出した樹脂部分を切断しライニング鋼管を得た。
【０１０５】
評価は、ライニング鋼管を２ｃｍ長さに切断し、外側の鋼管部分をおさえ、内側のライニング樹脂層のみを軸方向に押していったときの、押し抜き剪断接着力を測定し、１００Ｎ／ｃｍ^２以上の場合「○」、１００Ｎ／ｃｍ^２未満の場合「△」とした。評価結果を表９に記載した。
【０１０６】
【表９】

【０１０７】
接着剤を用いない実施例３０、３６、４２では初期接着力がいずれも１００Ｎ／ｃｍ^２を下回る結果となった。
【０１０８】
これにより無水マレイン酸変性ポリスチレン、もしくはホットメルト接着剤からなる接着層を設けることで、鋼管とライニング層の密着力を向上できることが確認された。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明の内面樹脂ライニング鋼管は、耐塩素水性、耐冷熱水サイクル性、耐ウォーターハンマー性、溶出性、低温衝撃性に優れ、ライニング層と鋼管との接着力も高く、さらに加熱復元性を利用した効率的方法で製造できる。
【０１１０】
本発明の内面ライニング鋼管は、給水管、給湯管、空調もしくは排水等に用いられる配管に必要な充分な性能を有しており、これらの用途への使用に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内面ライニング鋼管の一部を模式的に示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１…内面ライニング鋼管、
２…鋼管、
３…接着層、
４…ライニング層（樹脂組成物）

Claims

鋼管の内面にライニング層を有する内面ライニング鋼管において、前記ライニング層は、ポリスチレン系樹脂と、エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加材と、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体とを含み、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、前記エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加剤を合計で３質量部以上５０質量部以下含有し、また前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体を１〜３０質量部含有する樹脂組成物からなることを特徴とする内面ライニング鋼管。
前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体は、ポリメチルメタクリレートグラフトポリエチレン、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレングリシジルメタクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体からなる群より選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の内面ライニング鋼管。
さらに、前記ライニング層は、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、（ｉ）１００質量部以下のポリスチレングラフト共重合体、（ｉｉ）５質量部以下の酸化チタン、からなる群より選択される１又は２以上の添加材を含有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１記載の内面ライニング鋼管。
さらに、前記ライニング層と鋼管との間に接着層を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１記載の内面ライニング鋼管。
前記接着層として、無水マレイン酸変性ポリスチレンを用いることを特徴とする請求項４記載の内面ライニング鋼管。
前記接着層として、ホットメルト系接着剤を用いることを特徴とする請求項４記載の内面ライニング鋼管。
ポリスチレン系樹脂と、エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加材と、ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体とを含み、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、前記エラストマー及びゴム成分のうちの少なくとも一方の添加剤を合計で３質量部以上５０質量部以下含有し、また前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体を１〜３０質量部含有する樹脂管を加熱下で縮径させ、鋼管内に挿入し、再度加熱して拡径させ、該樹脂管を鋼管の内面にライニングすることを特徴とする内面ライニング鋼管の製造方法。
前記ポリメチルメタクリレートグラフト共重合体は、ポリメチルメタクリレートグラフトポリエチレン、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレングリシジルメタクリレート共重合体、ポリメチルメタクリレートグラフトエチレンエチルアクリレート無水マレイン酸共重合体からなる群より選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項７記載の内面ライニング鋼管の製造方法。
前記樹脂管は、前記ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して、（ｉ）１００質量部以下のポリスチレングラフト共重合体、（ｉｉ）５質量部以下の酸化チタン、からなる群より選択される１又は２以上の添加材をさらに含有することを特徴とする請求項７又は８のいずれか１記載の内面ライニング鋼管の製造方法。
さらに、前記ライニング層と鋼管との間に接着層を設けることを特徴とする請求項７乃至９のうちのいずれか１記載の内面ライニング鋼管の製造方法。
前記接着層として、無水マレイン酸変性ポリスチレンを用いることを特徴とする請求項１０記載の内面ライニング鋼管の製造方法。
前記接着層として、ホットメルト系接着剤を用いることを特徴とする請求項１０記載の内面ライニング鋼管の製造方法。