JP2006315281A

JP2006315281A - 複合管

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Publication number: JP2006315281A
Application number: JP2005139836A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Inamori; 康次郎稲森; Hiroyuki Yamazaki; 宏行山崎; Toshiyuki Ando; 俊之安藤
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: JP4346579B2; WO2006121130A1

Abstract

【課題】押出発泡法で得られる、高い発泡倍率および接合強度を有し、高い断熱性と優れた施工性を兼ね備えた複合管を提供する。
【解決手段】管（１２）の外表面に樹脂発泡体（１１）を押出発泡法により被覆した複合管（１）であって、前記樹脂発泡体（１１）が、管通路（２３）の周囲のダイ（２）より押し出されて被覆され、そのダイの出口（２１）は、管通路（２３）の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分（２２）を有するダイ出口（２１）より押し出されたものであり、かつ前記の管（１２）の外表面に対する前記樹脂発泡体（１１）の接合強度が０．００３ｋｇ／ｃｍ²以上である複合管（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は複合管に関し、詳しくは、熱交換器の冷熱媒用配管や給水・給湯管として用いられる、高い断熱性と優れた施工性を兼ね備えた複合管に関する。

従来、熱交換器の冷熱媒用配管や給水・給湯用配管として金属管や樹脂管の周囲に樹脂発泡体を被覆した複合管が使用されている。このような複合管の断熱性能を高める方法として、樹脂発泡体の発泡倍率を上げることが知られている。発泡倍率を上げることで断熱性が高まるのは、多くの樹脂が熱伝導率の低い空気で置き換えられるためと考えられている。

樹脂発泡体の発泡倍率を高める方法として架橋発泡法がある。架橋発泡法とは、発泡前に樹脂を架橋させる発泡方法であり、樹脂の張力が高いので破泡が少なく、発泡倍率が上がりやすいという特徴がある。しかし、架橋発泡体を管に被覆するには、シート状の架橋発泡体を管の外周に合わせて短冊状に切断し、短冊状シートの端部同士を熱融着してパイプ状に成形しなければならないので手間がかかる、という問題があった。
また、管と発泡シートとの間に大きな隙間が生じるため結露が生じやすい、複合管を直線状に短く切断したときに中の管が抜けてしまう、さらに複合管を曲げた際に折れシワが出やすい、という問題があった。

一方、押出発泡法では、クロスヘッドダイから樹脂発泡体を押し出すと同時に管への被覆が完了するので、架橋発泡法に比べて手間がかからないという特徴がある。さらに、真空引きにより樹脂発泡体を管に密着させることができるので、結露や折れシワが生じにくいという利点もある。

押出発泡法で発泡倍率を上げるための工夫の１つにダイの出口の形状がある。例えば、円環（ドーナッツ状）断面の出口からチューブ状の発泡体を押し出すよりも、円形断面の出口から棒状発泡体を押し出した方が発泡倍率は上がりやすいことが知られている。これは、同じ断面積なら円形の方が円環よりも表面積が小さいので、大気中へガスが拡散しにくいためと考えられる。そこで、円環出口のダイから樹脂を押し出してチューブ状の発泡体を形成するのではなく、円形出口のダイから樹脂を押し出して、複数の棒状発泡体同士を接着または融着することで、高い発泡倍率のチューブ状の発泡体を得る試みがなされてきた。例えば特許文献１には、押出発泡法で円形出口の多孔ダイから樹脂を棒状（細紐状）に押し出し、発泡により互いに融着させることでチューブ状の発泡体に成形しつつ管に被覆するという方法が開示されている。

しかし、押出発泡法で樹脂発泡体の発泡倍率を上げると、樹脂発泡体と管の融着における接合強度が劣るという問題があった。この点につき、従来の押出発泡法による複合管の製造方法について図６及び７を参照しながら説明する。なお、各図の説明において同一の要素には同一の符号を付す。図６は、従来の複合管の製造方法を示す一部断面斜視図であり、図７は、図６のVII−VII矢視平面断面図である。
図６中、複合管６は、管６２の外表面が樹脂発泡体６１によって被覆されているが、管６２と樹脂発泡体６１との間には空隙６３が生じている。一方、ダイ７には樹脂組成物が押し出される円環形のダイ出口７１および管６２が挿通される管通路７３が設けられている。また、図７に示すようにダイ７の内部では、ダイ７４とニップル７５との間に挟まれる流路を樹脂組成物が搬送される。

管６２がダイ７の管通路７３を通過する際にダイ出口７１より樹脂組成物を押し出すと、樹脂組成物がダイ出口７１から押し出されて発泡し、樹脂発泡体６１が管６２を被覆し、複合管６が作製される。ダイ７から樹脂組成物が押し出されるとき、樹脂組成物中に溶解していたガスは気泡を形成して樹脂組成物の内部で発泡するとともに、矢印Ｂ方向に樹脂発泡体の外側表面や管側表面を通じて樹脂発泡体の外部へも拡散する。
発泡倍率を上げるために多くの発泡剤を供給すると、前記の管側表面を通じたガス拡散も多くなり、管６２と樹脂発泡体６１との間に溜まって空隙６３が形成されてしまい、管６２と樹脂発泡体６１との間の接合強度が劣ってしまうという問題があった。また、このとき、管通路７３における管６２とダイ７との隙間７６から矢印Ａ方向に真空引きを行うことで複合管６内の空隙６３に溜まったガスを抜き出すことが行われるが、それでも接合強度の低下の問題を解決することはできなかった。
特開昭６０−８５９２０号公報

本発明は、押出発泡法で得られる、高い発泡倍率および接合強度を有し、高い断熱性と優れた施工性を兼ね備えた複合管を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、樹脂発泡体の発泡倍率が高い場合でも、ダイ出口から押し出した直後において樹脂発泡体に切欠部を形成するようにし、樹脂発泡体の管側表面に拡散するガスを該切欠部から排出させることにより、最終的に発泡倍率が高くかつ管と樹脂発泡体との密着性（接合強度）が高い複合管を得ることができることを見い出した。本発明はこのような知見に基づいてなされるに至ったものである。

すなわち、本発明は、
（１）管の外表面に樹脂発泡体を押出発泡法により被覆した複合管であって、
前記樹脂発泡体が、管通路の周囲のダイより押し出されて被覆され、そのダイの出口は、管通路の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分を有し、かつ前記の管の外表面に対する前記樹脂発泡体の接合強度が０．００３ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特徴とする複合管、
（２）前記樹脂発泡体の発泡倍率が５〜３０倍であることを特徴とする（１）項に記載の複合管、
（３）前記樹脂発泡体がポリオレフィン系樹脂からなることを特徴とする（１）又は（２）項に記載の複合管、
（４）前記樹脂発泡体がポリプロピレンからなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の複合管、
（５）前記押出発泡法における発泡剤が炭酸ガスであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の複合管、および
（６）発泡性樹脂組成物をダイから押し出して、押出発泡法により管の外表面に樹脂発泡体を被覆する複合管の製造方法であって、前記ダイの出口が管通路の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分を有し、前記の管の外表面に対する発泡体の接合強度が０．００３ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特徴とする前記方法
を提供するものである。

本発明の複合管は、管に発泡倍率および接合強度の高い樹脂発泡体が被覆されており、高い断熱性と優れた施工性を兼ね備える。
また、本発明の複合管は、樹脂発泡体としてポリオレフィン系樹脂を用いることで、上記の効果に加えて成形が容易になるという利点を有する。
また、本発明の複合管は、樹脂発泡体としてポリプロピレンを用いることで、上記の効果に加えて耐熱性が高いという利点を有する。
さらに、本発明の複合管は、押出発泡法における発泡剤として炭酸ガスを用いることで、上記の効果に加えて発泡剤が環境に与える負荷が少ないという利点を有する。
本発明の方法によれば、高い発泡倍率および接合強度の樹脂発泡体を管に被覆することができ、高い断熱性と優れた施工性を兼ね備えた複合管を製造することができる。

次に本発明の好ましい一実施態様について、添付の図面に基づいて詳細に説明をする。なお、各図の説明において同一の要素には同一の符号を付す。
図１は、本発明の複合管の製造方法の好ましい一実施態様を示す一部断面斜視図であり、図２は、図１のII−II矢視平面断面図である。
図１中、複合管１は、管１２の外表面が樹脂発泡体１１によって被覆されている。一方、ダイ２には管１２が挿通される管通路２３および管通路２３の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分２２を有するダイ出口２１が設けられている。ダイ出口２１から樹脂組成物が押し出される。また、図２に示すようにダイ２の内部では、ダイ２４とニップル２５との間に挟まれる流路を樹脂組成物が搬送される。

管１２としては、銅や鉄等の金属管や樹脂製の管を用いることができる。樹脂製の管の場合は、管を形成する材料としてポリエチレン、ポリブテン、ポリプロピレンやこれらを架橋したもの等が使用されるが、これらに限られるものではない。

樹脂発泡体１１を構成する材料としては目的に応じて任意のものが使用できるが、押出安定性、発泡倍率の上げやすさの観点から、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。
ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール樹脂、エチレンエチルアクリレート樹脂、エチレンアクリル酸樹脂等が挙げられるがこれらに限られるものではない。更に上記各樹脂のシラン変性、カルボン酸変性等の変性体なども用いることができ、またこれらの樹脂は単独、又は２種以上の混合物として使用することができる。

樹脂発泡体１１を構成する材料としては、高耐熱性の観点からポリプロピレンがより好ましい。ポリプロピレンを使用する場合、押出加工性と発泡性を考慮すると、樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）（２３０℃、２．１６ｋｇｆ）は、０．０５〜１０．０ｇ／１０ｍｉｎが好ましく、ＭＦＲは０．５〜３．０ｇ／１０ｍｉｎがより好ましい。

樹脂発泡体１１には、必要に応じて気泡核剤、熱安定剤、加工助剤、滑剤、衝撃改質剤、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、顔料等が適宜添加されてもよい。

本明細書において、発泡倍率とは棒状発泡体の集合体として構成されるチューブ状発泡体全体の平均値を表す。樹脂発泡体の発泡倍率φは、未発泡の樹脂組成物の密度をρ（ｇ／ｃｍ³）、樹脂発泡体の密度をρ_f（ｇ／ｃｍ³）とした時に下記式（１）で定義される。

樹脂発泡体１１の発泡倍率は５倍以上３０倍以下の範囲内にあることが好ましい。樹脂発泡体の発泡倍率が５倍未満では複合管の断熱性が十分ではなく、３０倍を超えると対流伝熱が大きくなり、やはり断熱性が低くなるからである。断熱性を考慮すると、樹脂発泡体の発泡倍率は５倍以上２０倍以下の範囲内にあることがより好ましく、１０倍以上１５倍以下であることが特に好ましい。

本発明の複合管は、管１２の外表面に樹脂発泡体１１を押出発泡法により被覆することにより製造される。押出発泡法とは、押出機に樹脂とともに発泡剤を供給し、ダイから樹脂を押し出すと同時に発泡させる方法であり、この方法によれば樹脂を発泡させると同時に管に被覆させることができる。

前記発泡剤としては、ガス発泡剤、蒸発型発泡剤、化学発泡剤などを用いることができる。ガス発泡剤としては窒素ガスや炭酸ガス等を用いることができ、蒸発型発泡剤としてはブタン、ペンタン、メタノール、水等を用いることができ、化学発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等を用いることができるが、これらに限られるものではない。上記発泡剤の中では、環境への影響を考慮するとガス発泡剤が好ましく、窒素ガス又は炭酸ガスがより好ましく、炭酸ガスが特に好ましい。

本発明では、前記ダイとして、管１２が挿通される管通路２３および管通路２３の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分２２を有するダイ出口２１が設けられたダイが用いられる。ダイ出口の形状の一例を図３に示すが、本発明はこれらに限定されない。図３は、本発明に用いられるダイ出口の好ましい形状の一例を示す正面図である。
図３（ａ）には、管通路２３の周囲に円環状にダイ出口２１が設けられ、円環状のダイ出口２１中の上部に遮蔽部分２２が設けられたダイ２が示されている。同様に、図３（ｂ）〜（ｄ）には、管通路２３の周囲に円環状にダイ出口２１が設けられ、円環状のダイ出口２１中に遮蔽部分２２がそれぞれ２、４、８箇所設けられたダイ２が示されている。
図３（ｅ）には、管通路２３の周囲に等間隔で円形のダイ出口２１が設けられ、円形のダイ出口２１同士の間には遮蔽部分２２が設けられたダイ２が示されている。図３（ｆ）及び（ｇ）にそれぞれ示されたダイ２は、ダイ出口２１の形状が正方形又は楕円形であること以外は図３（ｅ）に示されたダイ２と同様である。

ダイ出口の形状は、円環（ドーナッツ状）断面の出口からチューブ状の発泡体を押し出すよりも、円形断面の出口から棒状発泡体を押し出した方が発泡倍率は上がりやすいことが知られている。これは、同じ断面積なら円形の方が円環よりも表面積が小さいので、大気中へガスが拡散しにくいためと考えられる。したがって、ダイ出口の流路断面形状は、発泡倍率を向上させる観点から、断面積に対する表面積の比が最も小さい、図３（ｅ）に示されるような円形であることが好ましい。

本発明における接合強度の範囲は、０．００３〜０．１ｋｇ／ｃｍ²が好ましく、０．００３５〜０．０８ｋｇ／ｃｍ²がより好ましく、０．００５〜０．０５ｋｇ／ｃｍ²がさらに好ましい。接合強度が低すぎると、施工時に管が抜けるという問題が生じる。一方、接合強度が高すぎると、施工時に皮むき（管から被覆材を剥がすこと）が困難になるという問題が生じる。

次に、本発明の複合管の製造方法の一例を、図１、２及び４を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。図４は管被覆装置の側面図であり、管被覆装置はホッパー３１、ガス注入弁３２、クロスヘッド３３及びダイ３４を備えた押出機３０と成形機（サイジングダイ）３６とを含んでなる。

ホッパー３１には樹脂組成物を供給し、ガス注入弁３２にはガス発泡剤を供給することができる。クロスヘッド３３には管１２が上から挿通され、クロスヘッド３３の下部に設けられたダイ３４より樹脂組成物を押し出し管１２に樹脂組成物を被覆することができる。クロスヘッド３３を通り抜けた樹脂組成物が被覆された管１２は下流に設けられた成形機３６によって成形される。

具体的に本発明の複合管の製造方法について説明する。
まず、樹脂と発泡剤や他の添加剤とからなる樹脂組成物を押出機３０のホッパー３１に供給する。押出機３０は単軸押出機、二軸押出機のいずれを用いてもよく、両者を組み合わせてタンデム押出システムとしてもよい。発泡性の観点からタンデム押出システムを用いることが好ましい。ガス発泡剤を使用する場合は、押出機３０の側面に設けられたガス注入弁３２からガスを注入してもよい。

ホッパー３１に供給された樹脂組成物は、クロスヘッド３３を通って図２の断面図に示したニップル２５とダイ２４との間に挟まれる流路に搬送され、さらにダイ出口２１から押し出されて発泡すると同時に、クロスヘッド３３に供給された管１２を被覆しながら外部へと搬送される。図２において、ダイ２から樹脂組成物が押し出されるとき、樹脂組成物中に溶解していたガスは気泡を形成して樹脂組成物の内部で発泡するとともに、矢印Ｂ方向に樹脂発泡体の外側表面や管側表面を通じて樹脂発泡体の外部へも拡散する。
本発明では、ダイ出口２１から押し出された直後の発泡体１１には、図１におけるダイ２の遮蔽部分２２の存在により、切欠部１３が生じる。この切欠部１３から樹脂発泡体１１の管１２側の表面に拡散するガスが排出され、さらに、図２における矢印Ａ方向に真空引きすることで樹脂発泡体１１が管１２に密着し、発泡倍率が高くかつ管と樹脂発泡体との密着性（接合強度）が高い複合管を得ることができる。該切欠部１３は真空引きによって自然と塞がるので、最終的には切欠部のない樹脂発泡体を被覆した複合管１が得られる。

図４のダイ３４から押し出された管１２および樹脂発泡体１１は成形機３６を通ることで表面が平滑に成形された複合管を得ることができる。
さらに、複合管の表面を保護する目的で、表面が平滑に成形された複合管にシースを被覆してもよい。シースの材料としては、前述したポリオレフィン系樹脂等を使用することができるが、これらに限られるものではない。シース材料は発泡していてもしていなくても良い。

上述したように、以上の製造方法は本発明を実施するための一例であり、本発明を実現できる方法であれば特に上記方法に限定されない。

以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１
図４に示した製造設備で、押出機としてタンデム押出システムを用いた。タンデム押出システムの１段目押出機としてφ４０ｍｍ単軸押出機、２段目押出機としてφ６５ｍｍ単軸押出機を用いた。ダイには、図３（ａ）に示した出口形状で、かつクリアランスが２ｍｍのダイを用いた。

次に、ポリプロピレン（ＳＤ６３２、商品名、サンアロマー社製；ＭＦＲ＝３．０ｇ／１０ｍｉｎ（２３０℃、２．１６ｋｇｆ））１００質量部に対して、タルク（タルクＭＧ、商品名、日本タルク社製）１質量部を加えて樹脂発泡体成形材料を調製し、併せて１段目押出機のシリンダー温度を１７０℃〜２２０℃に、２段目押出機の設定温度を１７５℃〜２２０℃に、ダイ温度を１７０℃に設定した。

調製した樹脂発泡体成形材料を上記１段目押出機に供給し、さらに発泡剤として炭酸ガスを１段目押出機の側面に設けられたガス供給弁から押出量に対して３．２質量％の割合で供給した。次に、ガスが溶解した樹脂発泡体成形材料を多孔ダイより押し出すと同時に直径１５．９ｍｍの銅管に被覆することで複合管を得た。銅管を被覆した複合管を多孔ダイ出口に設置された内径２５．９ｍｍのサイジングダイに供給し、複合管の表面を平滑に成形した。表面が平滑になった複合管を、図には示されない第２の押出機に供給し、ポリエチレン樹脂からなる厚さ１ｍｍの未発泡シースを被覆した。最後に、シースを被覆した複合管を２０ｍの長さに切断してからコイル状に巻き取った。このようにして、発泡倍率１０．１倍（シース除く）、発泡体肉厚５ｍｍの複合管を作製した。

実施例２
ダイを図３（ｄ）に示した出口形状のものに変更したこと以外は、実施例１と同様にして複合管を作製した。

実施例３
ダイを図３（ｅ）に示した出口形状のものに変更したこと以外は、実施例１と同様にして複合管を作製した。

比較例１
ダイを出口形状が円環状（ドーナッツ状）で遮蔽部分２２のないものに変更したこと以外は、実施例１と同様にして複合管を作製した。

実施例１〜３および比較例１で得られた複合管について、図５に示した引き抜き力測定治具を用いて管と樹脂発泡体との接合強度を測定した。図５は、管と樹脂発泡体の接合強度の測定方法の概略図である。図５に示される引き抜き力測定治具４に複合管１をセットし、チャック４１で管１２を固定してから矢印Ｙ方向に引っ張り、樹脂発泡体１１から引き抜く。このとき計測される力の最大値（単位：ｋｇ）を、管と樹脂発泡体との接触面積（単位：ｃｍ²）で割ったものとして最終的な引き抜き力（単位：ｋｇ／ｃｍ²）を計算した。なお、正しく測定するためには、管と樹脂発泡体が接触している部分の長さが極端に短いことは避けるべきであり、例えば２０ｃｍ以上とすることが好ましい。本測定は異なる３つのサンプルで測定を各１回行い、それぞれの平均値を採用した。

表１の結果から明らかなように、比較例１の複合管は、管と樹脂発泡体との間に隙間が存在し、樹脂発泡体から管を容易に引抜くことができ、接合強度が測定できないほど劣るものであった。これに対し、実施例１〜３の複合管は優れた接合強度を有するものであった。このことから、円環形状のダイ出口から押し出して作製した比較例１の複合管は発泡倍率が高いと接合強度が劣るが、本発明の複合管は高い発泡倍率および接合強度を有し、高い断熱性と優れた施工性を兼ね備えることがわかる。

図１は、本発明の複合管の製造方法の好ましい一実施態様を示す一部断面斜視図である。図２は、図１のII−II矢視平面断面図である。図３は、本発明に用いられるダイ出口の好ましい形状の一例を示す正面図である。図４は、管被覆装置の側面図である。図５は、管と樹脂発泡体の接合強度の測定方法の概略図である。図６は、従来の複合管の製造方法を示す一部断面斜視図である。図７は、図６のVII−VII矢視平面断面図である。

符号の説明

１複合管
１１樹脂発泡体
１２管
１３切欠部
２ダイ
２１ダイ出口
２２遮蔽部分
２３管通路
Ａ真空引き方向
Ｂガス拡散方向

Claims

管の外表面に樹脂発泡体を押出発泡法により被覆した複合管であって、
前記樹脂発泡体が、管通路の周囲のダイより押し出されて被覆され、そのダイの出口は、管通路の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分を有し、かつ前記の管の外表面に対する前記樹脂発泡体の接合強度が０．００３ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特徴とする複合管。
前記樹脂発泡体の発泡倍率が５〜３０倍であることを特徴とする請求項１に記載の複合管。
前記樹脂発泡体がポリオレフィン系樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合管。
前記樹脂発泡体がポリプロピレンからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合管。
前記押出発泡法における発泡剤が炭酸ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合管。
発泡性樹脂組成物をダイから押し出して、押出発泡法により管の外表面に樹脂発泡体を被覆する複合管の製造方法であって、前記ダイの出口が管通路の周囲において少なくとも１つの遮蔽部分を有し、前記の管の外表面に対する発泡体の接合強度が０．００３ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特徴とする前記方法。