JP2006231695A - 複合管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合管における金属管と樹脂内層との接触界面の接着強度や接触面積及び金属帯の巾両縁の突合せ箇所の溶接性に依存する管性能の飛躍的な向上を図る。
【解決手段】この複合管の管性能を向上させるためには、金属帯の巾両縁を突合せ溶接する位置において、樹脂層の外径を金属帯の巾両縁を隙間なく突き合わせ得るように規制することが有効であり、従来では所望の管性能を得る条件を経験的に取得していが、本発明ではホッパー内の樹脂原料温度が管性能に関与することを見出し、高度の管性能を得るために、ホッパー内の樹脂原料温度を基準温度に対し±５℃以内に保つように温度調整している。
【選択図】なし

Description

本発明は金属管の内面に合成樹脂層を設けた複合管の製造方法に関するものである。

管状金属層の内面に合成樹脂層を設けた複合管、特に管状アルミ層の内面にポリエチレン層を設けた複合管は、給水、給湯、排水、空調等の液体輸送管として多用されている。
この複合管の製造方法として、ポリエチレンを管状に押出し、押出されてくる管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接する方法が公知である。（例えば、特許文献１参照）
特開平５−１１１９７１号公報 この場合、押出されてくる管状樹脂を冷却水槽に通して冷却固化し、冷却水槽から出てくる冷却固化樹脂層を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接することもある。

この複合管においては、一定巾の金属帯がその巾両縁の突合せにより管状とされる。従って、管状金属層の内径が固定であり、合成樹脂層の外径が金属層内径よりも大きくなると前記突合せ箇所に隙間が生じ、合成樹脂層外径が金属層内径よりも小さくなると複合接触界面の接着強度や接触面積が減少されるから、（金属層内径）＝（合成樹脂層外径）の条件が管性能を左右することになる。
前記複合管においては、熱水を断続的に通水するなど過酷な条件で使用されることが多いから、高度の管性能が要求される。
而るに、従来では、高度の管性能を得るのに、多くの調整工数を必要としており、調整コストが高く問題があった。

従来、押出機から合成樹脂層を押出し成形するには、自然温度で保管されたペレット状樹脂原料と顔料等の添加物との混合材をホッパーからバレル内に投入し、スリリュウの回転により樹脂原料と添加物を溶融、混練しつつ前方に輸送し、複合管の内径に応じた所定径のダイスから溶融・混練物を押出し、この押出した樹脂層を直ちに冷却水槽に通して冷却固化している。
本発明者において、前記複合管の管性能を向上させるために鋭意検討した結果、周囲温度が変化してもホッパー内の樹脂原料の温度を基準温度に対し±５℃以内に保持するように温度調整すれば、複合管の管性能を飛躍的に向上できることを知った。
更に、冷却水槽から出てくる冷却管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接していく場合、冷却水温度を基準温度に対し±５℃以内に保持するように温度調整すれば、複合管の管性能を飛躍的に向上できることを知った。

ホッパー内の原料温度を基準温度に対し±５℃以内に保持することで複合管の管性能が向上する理由としては、ホッパー内からバレル内に投入された樹脂原料とバレル内との摩擦係数及びスリリュウと樹脂原料との摩擦係数をホッパー内原料温度を一定にすることにより一定にでき、スリリュウの回転により輸送される樹脂量が一定となり、それだけ樹脂外径の一定化が担保されるためと推定される
従来では、ホッパー内の原料温度を自然温度としており、周囲温度の変動によりホッパー内原料温度が変化され、バレルやスリリュウと樹脂原料との摩擦係数が変化し、その変化に伴いスリリュウによる輸送量が変化する結果、樹脂層外径が変化し、これが複合管の管性能にネガティブに作用していると推定できる。
また、冷却水槽への冷却水温度を基準温度に対し±０．５℃以内に保持することで複合
管の管性能が向上する理由としては、冷却水温度を調整しないと周囲温度の変化に伴い冷却水の温度が変化して樹脂層の固化される位置が進行方向に対し変化し（冷却水温度が高くなると固化する進行方向位置が下流側に移動し、冷却水温度が低くなると固化する進行方向位置が上流側に移動する）、ダイスを出て固化するまでの時間が変化し、この時間の長短により樹脂の押出機内での圧縮履歴の粘弾性に基づく解放程度に差が生じ、これが固化樹脂層の外径変化となって現れるためと推定される。

本発明の目的は、上記の鋭意検討結果に基づき、複合管における金属外層と樹脂内層との接触界面の接着強度や接触面積及び金属帯の巾両縁の突合せ箇所の溶接性に依存する管性能を飛躍的に向上させることにある。

請求項１に係る複合管の製造方法は、押出機から合成樹脂を管状に押出し、この管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接していく方法において、前記押出機のホッパー内の原料温度を基準温度に対し±５℃以内に保持することを特徴とする。

請求項２に係る複合管の製造方法は、請求項１の複合管の製造方法において、基準温度を５０℃とすることを特徴とする。

請求項３に係る複合管の製造方法は、押出機から合成樹脂を管状に押出し、押出されてくる管状樹脂を冷却水槽に通して冷却し、冷却水槽から出てくる冷却管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接していく方法において、冷却水温度を基準水温に対し±０．５℃以内に保持することを特徴とする。

押出機から押出されてくる樹脂層に金属帯をＵ字状に成形しその巾両縁を突合せ溶接することにより製造する複合管の管性能を向上させるためには、金属帯の巾両縁を突合せ溶接する位置において、樹脂層の外径を金属帯の巾両縁を隙間なく突き合わせ得るように規制することが有効であり、従来では所望の管性能を得る条件を経験的に取得している。
請求項１〜２では、その条件にホッパー内の樹脂原料温度が関与することを見出し、この条件を満たすホッパー内樹脂原料の基準温度に対し、ホッパー内の樹脂原料温度を±５℃以内に保つように温度調整しており、複合管の管性能を効果的に向上できる。
請求項３では、押出機から合成樹脂を管状に押出し、押出されてくる管状樹脂を冷却水槽に通して冷却し、冷却水槽から出てくる冷却管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接する場合、前記条件に冷却水槽の冷却水温度が関与することを見出し、この条件を満たす冷却水の基準水温に対し、冷却水槽の冷却水温度を±０．５℃以内に保つように温度調整しており、複合管の管性能を効果的に向上できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明において使用する複合管の製造装置を示している。
図１において、１は押出機を、２は押出機のホッパーを、３は樹脂原料保管タンクを、４は樹脂原料調温装置をそれぞれ示し、原料保管タンク３に投入された樹脂原料が原料調温装置４に輸送され、原料調温装置４内の温度調整された樹脂原料がホッパー２に輸送され、ホッパー内樹脂原料が押出の進行に伴ってバレル内に供給されていく。
前記樹脂原料保管タンク３から樹脂原料調温装置４への樹脂原料の輸送及び樹脂原料調温装置４からホッパー２への樹脂原料の輸送は連続的、間歇的の何れで行ってもよいが、調温装置４内でペレット状樹脂原料を一定温度にまで昇温するには所定の時間（ｘ時間例えば４時間）を必要とするので、調温装置４の容量は押出量×ｘ時間（例えば４時間）の
容量とすることが望ましい。
図１において、５は金属帯、６は押出されてくる管状樹脂層上に前記金属帯をＵ字状に縦添えのうえ金属帯の巾両縁を突き合わせるロールフォーミング装置、７は突合せ箇所を溶接するＴＩＧ溶接機等の溶接機である。

上記において、金属帯５の巾は一定であり、溶接金属管の内径は固定である。従って、押出されてく樹脂層の外径に対し、（金属管内径）＞（樹脂層外径）であると複合界面の接着強度や接着面積が不足し、（金属管内径）＜（樹脂層外径）であると金属帯の突合せ箇所にギャップが発生し、管性能上の必要な条件は（金属管内径）＝（樹脂層外径）である。
而るに、本発明者の鋭意検討の結果によれば、ダイス内径で規制される程度の樹脂層外径の精度では高度の管性能を得るための必要な条件を得ることは難しく、ホッパー内の樹脂原料の温度変化による樹脂層外径の僅かな変化でも管性能が大きく左右される。すなわち、ホッパー内の樹脂原料の温度が変化すると、押出機のバレルやスリリュウと樹脂との間の摩擦係数が変化し、この変化により樹脂層押出外径が変化し、この程度の変化でも高度の管性能を得るための必要な条件が大きく崩れて管性能が相当に低下される。
請求項１に係る複合管の製造方法では、ホッパー２内の樹脂原料温度を基準温度に対し、±５℃以内に保持するようにホッパー２内に輸送する樹脂原料の温度を調温装置４により調整し、この温度調整した樹脂原料をホッパー２に輸送し、ホッパー２内の調温樹脂原料をホッパー２からバレル内に供給し、押出機１から樹脂を管状に押出し、押出されてくる管状樹脂層上に金属帯５をロールフォーミング装置６によりＵ字状に縦添えのうえ金属帯の巾両縁を突き合わせ、この突合せ箇所を溶接機７により溶接しており、後述する通り、高度の管性能を得ることができる。
前記した高度の管性能を得るのに必要な条件が、ホッパー内の樹脂原料の温度以外に、個々の押出機の特性により異なるところから、個々の押出機について実験や実績から得られる適切なホッパー内原料温度が存在する。
請求項１に係る複合管の製造方法では、この適切な温度を基準温度としてホッパー内の樹脂原料温度を±５℃以内に保持しており、使用する個々の押出機に応じて基準温度は５〜１００℃に属する固有の温度となる。

本発明者の鋭意検討結果によれば、ホッパー内の樹脂原料の基準温度を５０℃とすれば、押出機や複合管口径の相違により多少の差があるにしても、９０％以上の良品率（８５℃及び２５℃の冷熱水を繰返し通水し、５０００サイクルに耐え得る百分率）を得ることができ、５０℃を基準温度とすることが望ましい。

押出中、ホッパー内での樹脂原料の滞在時間が長いと、外部温度によって樹脂原料温度が変化する畏れがあるので、ホッパー容量は押出量の１／１０以下とすることが好ましい。

図２は請求項３の複合管の製造方法において使用する製造装置を示している。
図２において、１は押出機である。８は冷却水槽であり、冷却水槽の入口側には、押出機からの押出樹脂層の管形状を維持するためのフォーミングチューブが取付けられている。９は給水ピット、１０はチラー装置、１１は加熱温調装置、１２は冷却水給水フロー、１３は排水フロー、１４は補給水フローであり、冷却水槽８内を通過する押出樹脂層の冷却のために昇温された冷却水が排水フロー１３を経て給水ピット９に戻され、給水ピット９からの冷却水がチラー装置１０によってほぼ元の温度にまで冷却され、更に加熱温調装置１１によって後述の基準温度に対し±０．５℃以内に保持するように温度調整され、この調温された冷却水が冷却水槽８に流入されていく。流入された冷却水は冷却水槽８内を流動する間に昇温されていく。冷却水の温度はこの昇温が行われるまえの給水時の温度、すなわち、チラー装置１０により調温された温度である。この冷却水の循環中に失われる
水量は補給水フロー１４により補給される。
図１において、５は金属帯、６は冷却水槽から出てくる管状樹脂層上に金属帯をＵ字状に縦添えのうえ金属帯の巾両縁を突き合わせるロールフォーミング装置、７は突合せ箇所を溶接するＴＩＧ溶接機等の溶接機である。

上記において、金属帯５の巾は一定であり、溶接金属管の内径は固定である。従って、押出されてく樹脂層の外径に対し、（金属管内径）＞（樹脂層外径）であると複合界面の接着強度や接着面積が不足し、（金属管内径）＜（樹脂層外径）であると金属帯の突合せ箇所にギャップが発生し、管性能上の必要な条件は（金属管内径）＝（樹脂層外径）であることは既述した通りである。
前記押出機１で樹脂が輸送される間、樹脂は圧縮される。樹脂が押出されてから冷却固化されるまでに、樹脂の圧縮履歴が樹脂の粘弾性のために解放されるが、押出されてから冷却固化されるまでの時間の長短によって前記の解放程度に差が生じ、僅かであっても冷却固化樹脂層外径に差が生じる。而して、冷却水槽の冷却水の温度が高くなるほど、押出樹脂層の冷却固化位置が進行方向に対し下流側にずれ、冷却水槽の冷却水の温度が低くなるほど、押出樹脂層の冷却固化位置が進行方向に対し上流側にずれることになる。従って、ホッパー内の樹脂原料温度を請求項１のように基準温度に対し±５℃以内に保持して押出機出口での樹脂層外径を高度の管性能を保証し得るように設定しても、冷却水槽に給水する冷却水温度の変化によって金属管内径に対する樹脂層外径の整合性が崩れて高度の管性能を維持できなくなる畏れがある。

冷却水槽を出てくる樹脂層の外径は前記したホッパー内の樹脂原料温度や樹脂の押出温度、固化温度、熱伝導率、個々の押出機の特性以外に冷却水槽の冷却水温度にも依存し、前者の条件が定まれば、高度の管性能が得られる冷却水の給水温度（冷却水の基準給水温度）を実験により知り得る。この冷却水基準温度は、個々の押出機や複合管の口径などにより多少異なるが、通常０〜３０℃内に属し、本発明者の鋭意実験結果によれば、冷却固化ポリエチレン層の基準外径（冷却水基準水温Ｔでのポリエチレン層外径）Ｄと実温度ｔでの冷却固化ポリエチレン層の外径ｄとの間には、図３に示すように、
ｄ／Ｄ＝−０．００３×（Ｔ−ｔ）＋１．０
の関係がある。
図３から明らかな通り、冷却水温度が基準水温から０．５℃上昇すると、実外径は基準外径の９９．８５％となる。これはアルミ層・ポリエチレン内層の複合管において、高度の管性能を満足させる下限の外径となる。冷却水温度が基準水温から１℃上昇すると、実外径は基準外径の９９．７％となり、アルミ層・ポリエチレン内層の複合管において、アルミ層とポリエチレン層との接着強度や接着面積の面からの管性能を充足させ得ない。
また、冷却水温度が基準水温から０．５℃降下すると、実外径は基準外径の１００．１５％となる。これはアルミ層・ポリエチレン内層の複合管において、高度の管性能を満足させる上限の外径となる。冷却水温度が基準水温から１℃降下すると、実外径は基準外径の１００．３％となり、アルミ層・ポリエチレン内層の複合管において、アルミ帯の巾端縁を突き合わせるときに、突合せ箇所に間隙が生じ溶接性の面からの管性能を充足させ得ない。
請求項３に係る複合管の製造方法では、冷却水の給水温度を基準水温に対し±０．５℃以内に保持しており、高度の管性能のアルミ層・ポリエチレン内層の複合管を製造できる。
請求項３に係る複合管の製造方法でも、請求項１により、ホッパー内の樹脂原料温度を基準温度に対し、±５℃以内に保持するようにホッパー内に輸送する樹脂原料の温度を調温装置により調整し、この温度調整した樹脂原料をホッパーに輸送し、ホッパー内の調温樹脂原料をホッパーからバレル内に供給し、押出機から樹脂を管状に押出すことができ、この押出されてくる管状樹脂を図２において冷却水槽８に通して冷却し、冷却水の給水温度を基準水温に対し±０．５℃以内に保持し、冷却水槽８から出てくる冷却管状樹脂層上
に金属帯をロールフォーミング装置６によりＵ字状に縦添えのうえ金属帯の巾両縁を突き合わせ、この突合せ箇所を溶接機７により溶接していくことができる。

ホッパー内の樹脂原料温度を自然温度のままにして請求項３の製造方法を実施しても、冷却水の調温度により冷却固化樹脂層の外径変化を軽減し得、それだけ管性能の低下を軽減できるから、ホッパー内の樹脂原料の調温を行わずに請求項３の複合管の製造方法を実施することも有効である。

図１に示す製造装置を使用して、アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径１４．５５ｍｍ、長さ２５ｍの複合管を、原料調温装置による調整温度を５０℃±５℃として製造した。
得られた製品について、８５℃および２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行ったところ、９０％を超える良品率であった。

表１は、アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径１４．５５ｍｍ、長さ２５ｍの複合管の製造において、原料調温装置による調整温度を５０℃を中心として４０℃〜６０℃に変えたときのポリエチレン層外径寸法及びその寸法のバラツキの測定結果を示しており、アルミ層の内径を決するアルミ帯の巾は、原料調温装置による調整温度５０℃のもとで高度の管性能を狙えるように設定してある。
製造した各試料について、溶接性能及び接着性能を３段階で評価し、その総合結果としての管性能も３段階で評価した。
更に、製造した各試料について、８５℃及び２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行った。
表１から確認できる通り、基準温度５０℃に対し±５℃以内に属する４５℃、５５℃では、合格率が９０％、８３％であり、高度の管性能を確保できた。
しかしながら、±５℃を超える４０℃、６０℃では、合格率が７０％、５４％であり、高度の管性能を得ることができなかった。

図１に示す製造装置を使用して、アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径２２．６
０ｍｍ、長さ２５ｍの複合管を、原料調温装置による調整温度を２０±５℃として製造した。
得られた製品について、８５℃および２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行ったところ、９０％を超える良品率であった。
表２は、アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径２２．６０ｍｍ、長さ２５ｍの複合管の製造において、原料調温装置による調整温度を２０℃を中心として３０℃〜１０℃に変えたときのポリエチレン層外径寸法及びその寸法のバラツキの測定結果を示しており、アルミ層の内径を決するアルミ帯の巾は、原料調温装置による調整温度２０℃のもとで高度の管性能を狙えるように設定してある。
製造した各試料について、実施例１と同様に溶接性能及び接着性能を３段階で評価し、その総合結果としての管性能も３段階で評価した。
更に、製造した各試料について、８５℃及び２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行った。
表２から確認できる通り、基準温度２０℃に対し±５℃以内に属する１５℃、２５℃では、合格率が９３％、９４％であり、高度の管性能を確保できた。
しかしながら、±５℃を超える１０℃、３０℃では、合格率が８１％、６９％であり、高度の管性能を得ることができなかった。

アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径１４．５５ｍｍ、長さ２５ｍの複合管を、実施例１と同様に原料調温装置による調整温度を５０±５℃とし、図２に示す製造装置を使用して冷却水槽への給水冷却水の温度を加熱温調装置１１により８．０℃±０．５℃以内に調温して製造した。
得られた製品について、８５℃および２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行ったところ、９０％を超える良品率であった。
表３は、アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径１４．５５ｍｍ、長さ２５ｍの複合管の製造において、原料調温装置による調整温度を基準温度５０℃に対し±５．０℃以内に調温し、冷却水槽への冷却水の給水温度を８．０℃を中心として９．０℃〜１０．０℃に変えたときのポリエチレン層外径寸法及びその寸法のバラツキの測定結果を示しており、アルミ層の内径を決するアルミ帯の巾は、原料調温装置による調整温度５０℃、冷却水温度８．０℃のもとで高度の管性能を狙えるように設定してある。
製造した各試料について、溶接性能及び接着性能を３段階で評価し、その総合結果としての管性能も３段階で評価した。
更に、製造した各試料について、８５℃及び２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行った。
表３から確認できる通り、基準温度８．０℃に対し±０．５℃以内に属する８．５℃、７．５℃では、合格率が８７％、９１％であり、高度の管性能を確保できた。
しかしながら、±０．５℃を超える９．０℃、７．０℃では、合格率が５１％、７２％であり、高度の管性能を得ることができなかった。

アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径２２．６０ｍｍ、長さ２５ｍの複合管を、実施例２と同様に原料調温装置による調整温度を２０±５℃とし、図２に示す製造装置を使用して冷却水槽の冷却水温度を加熱温調装置１１により１０．０℃±０．５℃以内に調温して製造した。
得られた製品について、８５℃および２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行ったところ、９０％を超える良品率であった。
表４は、アルミ層・ポリエチレン内層でアルミ層内径２２．６０ｍｍ、長さ２５ｍの複合管の製造において、原料調温装置による調整温度を基準温度２０℃に対し±５．０℃以内に調温し、冷却水槽の冷却水給水温度を１０．０℃を中心として９．０℃〜１１．０℃に変えたときのポリエチレン層外径寸法及びその寸法のバラツキの測定結果を示しており、アルミ層の内径を決するアルミ帯の巾は、原料調温装置による調整温度２０℃、給水冷却水温度１０．０℃のもとで高度の管性能を狙えるように設定してある。
製造した各試料について、溶接性能及び接着性能を３段階で評価し、その総合結果としての管性能も３段階で評価した。
更に、製造した各試料について、８５℃及び２５℃の冷熱水を繰り返して通水して５０００サイクルでも異常のないものを合格とする管性能試験を行った。
表４から確認できる通り、基準温度１０．０℃に対し±０．５℃以内に属する１０．５℃、９．５℃では、合格率が９１％、９２％であり、高度の管性能を確保できた。
しかしながら、±０．５℃を超える１１．０℃、９．０℃では、合格率が６３％、６９％であり、高度の管性能を得ることができなかった。

請求項１の複合管の製造方法に使用する製造装置を示す図面である。 請求項３の複合管の製造方法に使用する製造装置を示す図面である。 アルミ層・ポリエチレン内層の複合管の製造における樹脂層外径と冷却水槽の冷却水温度との関係を示す図面である。

符号の説明

１ 押出機
２ ホッパー
３ 樹脂原料保管容器
４ 原料温度調温装置
５ 金属帯
６ ロールフォーミング装置
７ 溶接機
８ 冷却水槽
９ 給水ピット
１０ チラー装置
１１ 加熱温調装置
１２ 冷却水給水フロー
１３ 排水フロー
１４ 補給水フロー

Claims (3)

1. 押出機から合成樹脂を管状に押出し、この管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接していく方法において、前記押出機のホッパー内の原料温度を基準温度に対し±５℃以内に保持することを特徴とする複合管の製造方法。
2. 基準温度を５０℃とすることを特徴とする請求項１記載の複合管の製造方法。
3. 押出機から合成樹脂を管状に押出し、押出されてくる管状樹脂を冷却水槽に通して冷却し、冷却水槽から出てくる冷却管状樹脂を金属帯で包囲しその金属帯の巾両縁の突合せ箇所を溶接していく方法において、冷却水温度を基準水温に対し±０．５℃以内に保持することを特徴とする複合管の製造方法。

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