JP2015148303A

JP2015148303A - フランジ付き管

Info

Publication number: JP2015148303A
Application number: JP2014022259A
Authority: JP
Inventors: 友裕従野; Tomohiro Yorino
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20

Abstract

【課題】軟質層と繊維強化樹脂層とを備えて、強度、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性に優れたフランジ付きの管を提供する。【解決手段】管１は、フランジ部２１を有する本体部２が、熱硬化性樹脂を母材樹脂とする繊維強化複合材料により形成される。本体部２の円筒状の内周面と軸方向の端面には、軟質合成樹脂系材料またはゴム系材料からなる軟質層が設けられ、本体部２の内周面と両端面とが、軟質層３により連続的に被覆されている。【選択図】図１

Description

本発明は、フランジ付き管に関する。

従来、港湾や航路等の浚渫には、水底から採取する土砂の種類や採取の方法等によって各種の方式が採用されている。特に砂地の浚渫には、浚渫土量の大きいポンプ方式が適するとして多用されている。ポンプ方式は、ポンプ船に備えられた吸水管で水底の土砂を水とともに吸い上げ、水と混合した状態の土砂を、水中や地上に配設した排砂管を経由して、埋め立て地や土砂捨場等の適宜の場所に移送するものである。

この種の排砂管には、高い強度を有する長尺の鋼管が広く用いられてきた。鋼管同士の接合部には、排砂管を折曲自在に支持するためにゴム材からなる可撓性スリーブが備えられる。これにより、排砂管のフランジ部（ルーズフランジ型）と可撓性スリーブの継手フランジ部（固定フランジ型）とが、連結ボルトにより連結されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

長距離にわたって配設される排砂管は、浚渫対象域の変更に際し、排砂管と可撓性スリーブとを接合した状態のまま、クレーン等により水中から引き上げられて移設される。このとき、鋼管の重量が大きいことから大型の重機を必要とするうえ、作業工程が煩雑であって、作業人数および作業時間を要するものとなっていた。

また、水底に配管されていた排砂管は、腐食により脆くなっており、可撓性スリーブを取り外したり、撤去作業を行ったりする際に破損してしまいやすく、新たな排砂管に交換しなければならないことが多かった。近年の建設土木資材の価格高騰に伴って、鋼管からなる排砂管の価格も上昇しており、新たな排砂管に交換すると、交換作業の手間に加えて新たな排砂管のために多大な費用が必要になるという問題点があった。

そこで、上記従来の鋼管からなる排砂管に対し、軽量で作業性に富み、材料コストの低減を図ることのできる合成樹脂製の排砂管の開発が望まれた。しかし、排砂管を合成樹脂製のものとする場合、鋼管に劣らない十分な強度と、土砂によっても摩耗しにくい耐久性とを備えさせることが大きな課題点であった。

これに対し、本出願人は、特許文献２に開示されるように、耐摩耗性を有する軟質合成樹脂層を内周面に設け、繊維強化樹脂層を外周面に設けて強度および耐久性を高めたフランジ付き複層管を提案している。

特公昭６３−４９７７１号公報特開２０１２−５１３６１号公報

特許文献２に記載の複層管にあっては、軟質合成樹脂層によって耐摩耗性を確保し、繊維強化樹脂層によって強度を確保することができる。また、複層管の直管部分のみならずフランジ部においても十分な強度を有している。そのため、土砂等を含む摩耗性流体を移送するのに適しているが、次に述べるような点において未だ改良の余地があった。

複層管を排砂管として用いる場合、当該管の内周面は土砂等を含む摩耗性流体から衝突衝撃を受ける。フランジ部の端面には、内周側の軟質合成樹脂層と繊維強化樹脂層との界面が現れている。そのため、これら各層の界面は摩耗性流体からの衝撃により離間しやすくなり、軟質合成樹脂層が剥がれやすくなるということが懸念された。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軟質層と繊維強化樹脂層との一体性をより一層高め、剛性、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性のいずれにも優れたフランジ付き管を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、両端部にフランジが設けられた管本体を有するフランジ付き管を前提とし、前記管本体を、熱硬化性樹脂を母材樹脂とする繊維強化複合材料により形成し、この管本体の内周面と軸方向の端面に、軟質合成樹脂系材料またはゴム系材料からなる軟質層を備えさせる。そして、前記管本体の内周面と両端面とを、前記軟質層により連続的に被覆した構成としている。

このような特定事項を具備することにより、軟質層が耐摩耗性および耐衝撃性を確保し、繊維強化複合材料からなる管本体が強度を確保する。そのため、剛性、軽量性、耐久性、耐腐食性、および耐摩耗性のいずれにも優れたフランジ付き管とすることができる。また、管本体の内周面から軸方向の端面にかけて連続的に軟質層を形成し、一体的に被覆していることから、管内を流通する流体から管本体を保護することができる。また、管本体と軟質層との界面を内周側には露出させない構成であるので、これらの界面の相互間が剥離するのを防止することができる。

より具体的に、前記構成の管において、前記軟質層を、引張弾性率が１５０ＭＰａ〜２５００ＭＰａである軟質合成樹脂系材料により形成することが好ましい。

また、前記軟質層を、硬度がタイプＡデュロメータ硬さで４０〜９０であるゴム系材料により形成してもよい。

前記軟質層をこれらの材料から形成することにより、十分な耐摩耗性、耐衝撃性、および耐久性を備えさせることができる。

本発明では、管本体の内周面から端面にかけて軟質層を連続して設け、これらの面を一体的に被覆するように構成したから、剛性、軽量性、耐腐食性に加えて、十分な耐久性と耐摩耗性とを備えたフランジ付き管とすることができる。また、管本体と軟質層との界面は、内周側には露出しないので、管内を流通する流体の衝突衝撃によって軟質層が剥離するのを防止でき、フランジ付き管を長期的に良好な状態で保持することができる。

本発明の実施の形態に係るフランジ付き管を示す断面図である。前記フランジ付き管の端部の構造を示す半断面図である。前記フランジ付き管を構成する短管部分の製造工程を示す説明図である。図３の次工程を示す説明図である。図４の次工程を示す説明図である。図５の次工程を示す説明図である。前記短管を用いてフランジ付き管を製造する方法を示す説明図である。図７の次工程を示す説明図である。図８の次工程を示す説明図である。前記フランジ付き管の接合形態の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係るフランジ付き管について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るフランジ付き管を示す断面図であり、図２は、フランジ付き管の端部の構造を模式的に示す半断面図である。

本実施形態に係る管１は、両端部にフランジ部２１が設けられた本体部２を有する。図２に拡大して示すように、フランジ部２１は、本体部２の軸方向の両端部から径方向に張り出して、鍔状に設けられている。

本体部２は、長繊維材料２３に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化複合材料により形成されている。すなわち、本体部２は直管状の部分からフランジ部２１まで、繊維強化複合材料により一体的に形成されている。

この繊維強化複合材料の母材樹脂である熱硬化性樹脂と、補強材である長繊維材料２３の組合せは多様なものとすることができる。

例えば、熱硬化性樹脂としては、ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチルテレフタレート樹脂等を好適に用いることができる。長繊維材料２３には、高強度であり高弾性率を有する無機繊維や有機繊維が好ましく、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維を好適に用いることができる。繊維の形態としては、織布、不織布、または繊維を引き揃えたロービング等が好ましい。

本体部２は、円筒状の内周面を有する。この内周面には軟質層３が設けられている。軟質層３は、本体部２の内周面から軸方向の両端面までも一体的に覆うように設けられている。軟質層３は、管１の全長にわたり、ほぼ一定の厚みで形成されている。これにより、管１の本体部２の内周面と両端面は、連続する軟質層３により被覆されている。

軟質層３は、高強度で耐摩耗性に優れた材質であることが好ましく、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン系樹脂等の軟質合成樹脂系材料、またはゴム系材料により形成されている。

軟質層３を構成する軟質合成樹脂系材料としては、２５℃での弾性率（引張弾性率）が１５０ＭＰａ〜２５００ＭＰａであることが好ましい。例えば、ポリウレタンであれば、弾性率が１３００ＭＰａ〜２１００ＭＰａであり、硬さがＪＩＳＫ−７２０２に基づくロックウェル硬度（Ｒスケール）で１００以下であることが好ましい。

また、軟質層３には、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であれば、弾性率が１０７０ＭＰａ〜１０９０ＭＰａであり、硬さがショアＤ硬度で６６〜７３であることが好ましい。中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）または低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）であれば、弾性率が１８０ＭＰａ〜２８０ＭＰａであり、硬さがショアＤ硬度で４４〜５０であることが好ましい。また、リニア低密度ポリエチレン（Ｌ―ＬＤＰＥ）であれば、弾性率が２６０ＭＰａ〜５２０ＭＰａであり、硬さがショアＤ硬度で５５〜５６であることが好ましい。

軟質層３を形成するゴム系材料としては、硬さがＪＩＳＫ６２５３に基づくタイプＡデュロメータ硬度で４０〜９０であることが好ましい。ゴム系材料の引張弾性率は、１ＭＰａ〜１００ＭＰａであるとより好ましい。

これにより、管１は、繊維強化複合材料により形成された本体部２に、十分な強度と耐久性とを備えさせることができる。また、管１の内周面は軟質層３により被覆されているので、水等の流体だけでなく、土砂等を含む摩耗性流体を流通させたとしても、その接触衝撃に十分に耐えうる耐衝撃性および耐摩耗性を備えたものとすることができる。さらに、管１の内周面には、本体部２と軟質層３との界面がまったく露出せず、軟質層３が連続して一体的に被覆形成されているので、軟質層３の剥離を生じることがなく、長期的に良好な状態を維持することができ、安定的に使用することができる。

次に、管１の製造方法について説明する。

管１は、フランジ部２１を備える短管４をあらかじめ形成し、２つの短管４を用いて製造される。

図３は、管１を構成する短管４の製造方法の一工程を示す説明図であり、図４〜図６は、図４の工程に続く工程を順に示した説明図である。図７は、製造した短管４を用いた管１の製造工程を示す説明図であり、図８および図９は、図８に続く工程を順に示した説明図である。

まず、管１の両端部を構成する短管４を製造する。短管４は、図３に例示する短管用金型５を用いて形成される。短管用金型５は、円筒部５１と、円筒部５１の下端部の円盤状の鍔部５３とを有する。かかる短管用金型５を、円筒部５１が上方、鍔部５３が下方となるように軸を縦向きにして設置する。短管用金型５は、図示しない回転台を用いて回転自在に支持されることが好ましい。

設置した短管用金型５に対し、鍔部５３の上面に、未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を連続的に吐出する。このとき、例えば、短管用金型５を軸まわりに回転させ、上方に配置した吐出ノズルを径方向に徐々に移動させる。これにより、前記材料が鍔部５３の上面に渦巻き状に吐出され、円盤状の軟質層３が成形される。

次いで、図４に示すように、短管用金型５の軸を横向きに配置する。短管用金型５を軸まわりに回転させ、回転する短管用金型５の円筒部５１の外周面に、未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を吐出する。このとき、短管用金型５の鍔部５３側から円筒部５１の端縁部の方向に、軸方向に沿って吐出ノズルを移動させる。すなわち、前工程で短管用金型５の鍔部５３上に形成した軟質層３に連続させて、短管用金型５の円筒部５１の外周面に、前記材料を螺旋状に供給する。これにより、鍔部５３の上面と円筒部５１の外周面に、連続する一体の軟質層３が成形される。なお、かかる軟質層３は、円筒部５１の外周面に軟質層３を先に形成し、これに連続する軟質層３を鍔部５３の上面に形成する工程順で成形されてもよい。

次いで、図５に示すように、短管用金型５を再び縦向きに配置し直す。前工程で形成した軟質層３の表面に、ハンドレイアップ法により、繊維強化樹脂層４１を積層形成する。軟質層３の上端部を、熱硬化性樹脂を含浸させた長繊維材料２３よりも延出させて、繊維強化樹脂層４１を成形する。軟質層３は、繊維強化樹脂層４１の先端部から部分的に露出する。

さらに、図６に示すように、長繊維材料２３を積層し、熱硬化性樹脂を含浸させ、繊維強化樹脂層４１を成形する。ここで、円筒部５１の外周部に配置する部分の長繊維材料２３の軸方向の長さを、徐々に短くして繊維層を積層する。積層する長繊維材料２３の上端部を、円筒部５１の外周部に沿って軸方向の下方へずらし、内層よりも外層の方が長繊維材料２３の上端部が低くなるように積層する。これにより、短管用金型５の円筒部５１の外周部には、繊維強化樹脂層４１の周面が上方ほど縮径したテーパー部４３が形成される。

このような工程を経て、鍔部５３の上部と円筒部５１の外周部に、連続する繊維強化樹脂層４１を形成し、短管４を得る。短管４は、管１におけるフランジ部２１を含んだ本体部２の一部と、軟質層３の一部を備えている。繊維強化樹脂層４１は、本体部２の一部をなし、テーパー部４３は、外周面がフランジ部２１側へ近づくほど拡径するテーパー状に形成されている。

なお、上記の工程において、軟質層３を成形した後、軟質層３の表面に多数の微小な孔を形成し、次工程の繊維強化樹脂層４１の成形を行うようにしてもよい。この場合、微小な孔は、例えば、軟質層３の表面１ｍ²当たり１箇所以上の数で設けられて、１０μｍ以上の大きさの貫通孔又は貫通した切れ目であることが好ましい。

これによって、軟質層３に空気排出機能をもたせることができる。そのため、軟質層３に繊維強化樹脂層４１を積層したとき、界面に空気が溜まるおそれがなくなる。したがって、軟質層３と繊維強化樹脂層４１との界面接着性が高められ、層間の剥離を防止することができる。

界面接着性については、上記の多数の微小な孔を設けた軟質層３と、繊維強化樹脂層４１との界面における接着性能試験を行った。その結果、軟質層３と繊維強化樹脂層４１との接着強度が、微小な孔を設けない場合に比べ５０％以上向上することが確認された。なお、微小な孔の径が１０μｍ未満である場合には、軟質層３と繊維強化樹脂層４１との間に溜まった空気の排出が不十分となり、良好な接着性が得られない可能性がある。

次いで、得られた短管４を用いて、管１を製造する。図７に示すように、２つの短管４を、円筒状または円柱状の回転金型６に設置する。２つの短管４は、それぞれ、フランジ部２１が回転金型６の端部寄り位置するように、短管４のテーパー部４３同士を対向させて配置する。

次いで、図８に示すように、短管４と短管４との間の領域において、軟質層３を成形する。軸まわりに回転させた回転金型６の外周面に、すでに形成した軟質層３と共通の材料（未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料）を、軸方向に移動しつつ吐出する。これにより、回転金型６の外周面に、螺旋状に前記材料が吐出される。２つの短管４、４の間には、短管４の軟質層３に連続して、管状の軟質層３が成形される。

短管４の軟質層３は、繊維強化樹脂層４１の先端部から部分的に延出して形成されている。このような構成によって、本工程における軟質層３を、短管４の軟質層３に確実に接合させて成形することができ、十分に一体化を図ることができる。

次いで、図９に示すように、短管４、４の間に繊維強化複合材料からなる新たな繊維強化樹脂層２５を形成する。繊維強化樹脂層２５は、一方の短管４から他方の短管４にわたって、熱硬化性樹脂を含浸した長繊維材料２３（図２参照）を規則正しく巻き付けて成形する。

ここで、熱硬化性樹脂を含浸した長繊維材料２３を、短管４の繊維強化樹脂層４１の外周面に重ねて積層していく。短管４はテーパー部４３を有するので、繊維強化樹脂層４１に連続させて形成する新たな繊維強化樹脂層２５との接着面積を十分に確保することができる。そのため、短管４の繊維強化樹脂層４１と、本工程で積層形成する繊維強化樹脂層２５とが十分に接着し、一体化される。

以上より、図１に示したようなフランジ付きの管１が得られる。フランジ部２１は、あらかじめ短管４に形成されているので、効率よくフランジ付きの管１を形成することができ、フランジ部２１の強度も確保される。また、短管４には、あらかじめ端面と内周面とを一体的に被覆するように軟質層３が設けられている。そのため、管１の内周面の耐摩耗性および耐衝撃性が確保でき、特に管端部に生じやすい摩耗や損傷を効果的に防止することができる。よって、剛性、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性のいずれにも優れた管１を形成することができる。

管１を排砂管として用いる場合、図１０に示すように、複数の管１を折曲自在に連結するために、フランジ部２１に可撓性スリーブ９を取り付ける。管１の両端部のフランジ部２１は、可撓性スリーブ９の継手フランジ９１に挟持され、連結ボルト９２を締め付けて固定される。このため、フランジ部２１には十分な強度を有することが求められる。つまり、フランジ部２１には、高い軸方向力及び摩擦力が作用し、また、管内の土砂を含む流体や浚渫機械等からの衝撃力も作用する。これに対し、管１は、フランジ部２１が短管４の繊維強化樹脂層４１により本体部２に一体的に形成されたので、大きな外力が作用しても、破損することはなく、排砂管として好適に使用することができる。

また、排砂管としての管１は、本体部２の内周面と両端面が軟質層３により連続的に被覆されている。このため、管１の内周面に、土砂等を含む摩耗性流体が接触したり衝突したりしても、内周面が保護されて損傷を受けず、軟質層３と本体部２との一体性が保たれる。このように軟質層３と本体部２との一体性が十分に確保され、界面の剥離を生じにくいことから、管１は長期間にわたって安定的に使用することができる。

所定箇所の浚渫を終えて次の浚渫箇所へ移動する場合には、水中部分の管１を可撓性スリーブ９と接合した状態のまま、クレーン等により水面に引き上げて、容易に移動させることができる。管１は、従来の鋼管からなる排砂管に比べて、極めて軽量であり、耐久性および作業性に富み、腐食しにくいものであることから、迅速かつ容易に撤去・移動作業を行うことが可能となる。

本発明に係るフランジ付き管１は、前記の実施形態以外にも他の様々な形で実施することができる。例えば、本体部２の形状は、フランジ付きの直管であるに限らず、曲げ管等の他のどのような形状であってもよい。また、軟質層３やフランジ部２１の厚み・大きさも、例示の形態であるに限らず、どのような形態であってもよい。そのため、前記の実施形態はあくまでも例示であり、限定的なものではない。

本発明は、摩耗性を有する流体等を移送するための管として好適に利用可能である。

１管（フランジ付き管）
２本体部（管本体）
２１フランジ部
２３長繊維材料
２５繊維強化樹脂層
３軟質層
４短管
４１繊維強化樹脂層
４３テーパー部
５短管用金型
５１円筒部
５３鍔部
６回転金型
９可撓性スリーブ
９１継手フランジ
９２連結ボルト

Claims

両端部にフランジが設けられた管本体を有するフランジ付き管であって、
前記管本体は熱硬化性樹脂を母材樹脂とする繊維強化複合材料により形成され、
前記管本体の内周面と軸方向の端面には、軟質合成樹脂系材料またはゴム系材料からなる軟質層が設けられ、
前記内周面と両端面とが前記軟質層により連続的に被覆されていることを特徴とするフランジ付き管。
前記軟質層は、引張弾性率が１５０ＭＰａ〜２５００ＭＰａである軟質合成樹脂系材料からなることを特徴とする請求項１に記載のフランジ付き管。
前記軟質層は、硬度がタイプＡデュロメータ硬さで４０〜９０であるゴム系材料からなることを特徴とする請求項１に記載のフランジ付き管。