JP2021167659A - 配管材、配管構造体及び配管材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
床スラブの区画貫通部に通される配管構造体としては、例えば、床スラブに対して下階にて鉛直方向に設置された第1の立管用パイプ(配管材)と、床スラブに対して上階に鉛直方向に設置された第2の立管用パイプ(配管材)と、床スラブの上側に設置された横枝管用パイプ(配管材)と、各パイプを接続する受口が設けられた三方管継手とを備えるものが挙げられる。このような配管構造体においては、第1の立管用パイプの上端部が、床スラブに形成された区画貫通部内にて管継手の受口に接続される。また、区画貫通部の内側面と管継手との間にはモルタル等のシーリング材が充填されて、区画貫通部の内側面と管継手との間の隙間が埋められている。
例えば、特定の膨張温度の熱膨張性黒鉛を特定量含有する耐火層と、耐火層の内周面及び外周面に位置する被覆層とを有する配管材が提案されている(特許文献1)。特許文献1の発明によれば、火災が発生して熱が上昇した際に、その熱によって配管材が膨張して区画貫通部を閉塞させることができる。そのため、炎、熱及び煙が区画貫通部を通して上昇することを防ぐことができる。
また、特定量の熱膨張性黒鉛と特定量のリン酸亜鉛とを含有する耐火性樹脂組成物からなる管状の耐火層を有する単層又は複層の配管材が提案されている(特許文献2)。特許文献2の発明によれば、耐火性能のさらなる向上が図られている。
そこで、本発明は、耐火性能に優れ、かつ破損しにくい配管材を目的とする。
<1>管状の周壁を備え、
前記周壁は、熱可塑性樹脂100質量部と、鱗片状の熱膨張性黒鉛3質量部以上20質量部以下とを含有する管状の耐火層を有し、
JIS K 6741:2016で規定する偏平試験に基づいて測定される圧縮率が20%以上である、配管材。
<2>前記耐火層の内周面及び外周面の少なくとも一方に位置し、前記耐火層を被覆する被覆層を備える、<1>に記載の配管材。
<3>前記耐火層と、前記被覆層との融着強度が1.5MPa以上である、<2>に記載の配管材。
<4>前記耐火層は、管軸方向に延びるウェルドラインを有する、<1>〜<3>のいずれかに記載の配管材。
<5>前記周壁の熱伝導率が0.3W/m・K以下である、<1>〜<4>のいずれかに記載の配管材。
<6>前記耐火層が難燃剤を含有する、<1>〜<5>のいずれかに記載の配管材。
前記上部管継手は、前記配管材の上端と接続される接続部を備え、
前記下部管継手は、前記配管材の下端と接続される接続部を備え、
前記配管構造体を設置したとき、少なくとも前記配管材が床スラブの区画貫通部内に位置し、かつ、前記配管材は、床スラブから下方に突出している、配管構造体。
前記内側被覆層はポリ塩化ビニル樹脂を含み、
前記耐火層は、ポリ塩化ビニル樹脂と鱗片状の熱膨張性黒鉛とを含み、
前記耐火層及び前記内側被覆層を押出用金型で積層して押出した後、サイジングスリーブへ導入して外面を賦形する、配管材の製造方法。
図1に示すように、本実施形態の配管構造体1は、排水路として使用され、管継手10と配管材20とを備える。本実施形態の配管構造体1は、隣接する上下の階を区画する床スラブ2に形成された区画貫通部2aに通されて設置される。配管構造体1と区画貫通部2aの内側面との間にはモルタル3が充填されて、区画貫通部2aの内側面と管継手10との間の隙間が埋められていると共に、配管構造体1を固定している。
本実施形態における管継手10は、本管部11と、本管部11に設けられた横枝管接続部12とを備える。
本管部11の両端には、配管材20(後述する第1の立管用パイプ21及び第2の立管用パイプ22)を接続するための受口11a,11bが設けられ、横枝管接続部12の端部には、配管材20(後述する横枝管用パイプ23)を接続するための受口12aが設けられている。受口11aの内周面は、配管材20(第1の立管用パイプ21)の外周面が密着する内径とされており、受口11bの内周面は、配管材20(第2の立管用パイプ22)の外周面が密着する内径とされており、受口12aの内周面は、配管材20(横枝管用パイプ23)の外周面が密着する内径とされている。
本実施形態において、本管部11は直線状の管からなる。横枝管接続部12は、その内部を流れる排水の流れを円滑にするために、本管部11の近傍が受口11a側に湾曲した形状にされている。
各受口11a,11b,12aの内周面には、パイプ21,22,23の外周面に密着して水密にするパッキンが取り付けられてもよい。
管継手10は、管継手10の全体が樹脂組成物(A)からなる単層構造でもよいし、複数の層からなる複層構造でもよい。複層構造の場合、いずれかの層が樹脂組成物(A)から形成されていればよい。例えば、管継手10が、表層と中間層と内層とからなる三層構造である場合には、中間層が樹脂組成物(A)から形成されたものが挙げられる。
管継手10を構成する樹脂組成物(A)は熱膨張性黒鉛を含有しないことが好ましい。
樹脂組成物(A)に含まれる熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂、非晶性樹脂が挙げられる。結晶性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等が挙げられる。非晶性樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂等が挙げられる。接着剤による接合が可能なことから、熱可塑性樹脂としては、非晶性樹脂が好ましい。加えて、難燃性の観点から、熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル系樹脂がより好ましい。
ポリ塩化ビニル系樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル単独重合体;塩化ビニルモノマーと、塩化ビニルモノマーと共重合可能な不飽和結合を有する他のモノマーとの共重合体;ポリ塩化ビニル系樹脂以外の重合体に塩化ビニルモノマーをグラフト共重合したグラフト共重合体等が挙げられる。前記ポリ塩化ビニル系樹脂は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ポリ塩化ビニル系樹脂はさらに塩素化されてもよい。ポリ塩化ビニル系樹脂の塩素化方法としては、例えば、熱塩素化方法、光塩素化方法等が挙げられる。
ポリ塩化ビニル系樹脂の平均重合度が前記下限値以上であれば、機械的強度を充分に高めることができ、前記上限値以下であれば、充分な成形性を確保できる。
吸熱剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、カオリン系鉱物(カオリナイト、ハロイサイト、ディッカイト)やハイドロタルサルサイト等の無機水酸化物、セピオライト、ベントナイト、モンモリロナイト、タルク、マイカ、石英、ゼオライト、ワラストナイト、ネフェリンサイアナイト等の吸水作用のある無機化合物が挙げられる。以下、加熱された際に脱水反応が生じる無機水酸化物や無機化合物のことを総称して「加熱脱水型化合物」と表記する。加熱脱水型化合物では、脱水反応によって生じた水の蒸発潜熱によっても温度上昇を抑制することができる。
加熱脱水型化合物のうち水酸化マグネシウムは、脱水反応が300℃以上で生じるため、難燃剤として水酸化マグネシウムを用いた場合には、樹脂組成物(A)を成形して管継手10を作製する際に脱水反応が生じることを抑制できる。
加熱脱水型化合物のうち水酸化アルミニウムは、脱水反応が200℃程度で生じるため、難燃剤として水酸化アルミニウムを用いた場合には、火災の際に管継手10に伝わった熱を早めに吸熱することができる。そのため、配管材20(第1の立管用パイプ21)が熱膨張する前に管継手10が変形して耐火性を損なうことをより抑制できる。
[M2+ 1−xM3+ x(OH)2]x+[An− x/n・mH2O]x−
M2+:Mg2+, Zn2+等の2価金属イオン
M3+:Al3+, Fe3+等の3価金属イオン
An− :CO3 2−, Cl−, NO3 −等のn価アニオン
X:0<X≦0.33
ハイドロタルサイトは、分子間に有している結晶水が約180℃から脱水を開始し、その結晶水は約300℃で完全に脱離する。この状態までは合成ハイドロタルサイトは結晶構造を保持しているが、約350℃を超えると結晶構造が崩壊し始め、水と二酸化炭素を放出する。そして、合成ハイドロタルサイトは、塩化ビニル系樹脂の熱分解温度である約200℃以上300℃以下よりも60℃以上75℃以下低い温度で吸熱分解を開始するため、塩化ビニル系樹脂の熱分解をハイドロタルサイトの吸熱分解で効率的に抑制することができる。
難燃剤は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、カオリン系鉱物又はハイドロタルサイトの少なくとも2種を併用してもよい。
加熱脱水型化合物の体積平均粒子径は0.01μm以上20μm以下であることが好ましく、0.05μm以上2μm以下であることがより好ましく、0.05μm以上1μm以下がさらに好ましい。加熱脱水型化合物の体積平均粒子径をこの範囲とすることで、管継手10に透明性を付与したり、加熱脱水型化合物の分散性を向上させることができる。体積平均粒子径は、レーザ回折散乱法粒子径分布測定装置を用いて測定した値である。
加熱脱水型化合物のBET比表面積は1m2/g以上40m2/g以下であることが好ましく、1m2/g以上20m2/g以下であることが好ましい。ここで、BET比表面積は、窒素吸着を利用して求めた値である。
加熱脱水型化合物の体積平均粒子径及びBET比表面積が前記範囲であれば、難燃剤としての効果を充分に発揮でき、また、管継手10を作製する際の樹脂組成物(A)の成形性及び管継手10の機械的物性を充分に確保できる。
加熱脱水型化合物を表面処理剤により表面処理する場合、表面処理剤の量は加熱脱水型化合物100質量部に対して0.05質量部以上2.0質量部以下であることが好ましい。表面処理剤の量が前記下限値以上であれば、熱可塑性樹脂に対する加熱脱水型化合物の分散性を充分に高くでき、前記上限値以下であれば、経済性の低下を抑制できる。
酸化アンチモンとしては、二酸化アンチモン、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等が挙げられる。
モリブデン化合物としては、三酸化モリブデン、二硫化モリブデン、アンモニウムモリブデート等が挙げられる。
臭素性化合物としては、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロムエタン、テトラブロムエタン、テトラブロムエタン等が挙げられる。
リン系化合物としては、赤リン、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、キシレニルジフェニルホスフェート、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、ポリリン酸アンモニウム等が挙げられる。
ホウ酸系化合物としては、ホウ酸カルシウム、ホウ酸亜鉛等が挙げられる。
難燃剤の中でも、ポリ塩化ビニル樹脂の燃焼抑制効果が高いことから、リン化合物、三酸化アンチモンが好ましい。
これらの難燃剤は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
後述する各添加剤は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
内部滑剤としては、例えば、ブチルステアレート、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、エポキシ化大豆油、グリセリンモノステアレート、ステアリン酸、ビスアミド等が挙げられる。
外部滑剤としては、例えば、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、エステルワックス、モンタン酸ワックス等が挙げられる。
耐熱向上剤としては、例えばα−メチルスチレン系樹脂、N−フェニルマレイミド系樹脂等が挙げられる。
鉛系安定剤としては、例えば、鉛白、塩基性亜硫酸鉛、三塩基性硫酸鉛、二塩基性亜リン酸鉛、二塩基性フタル酸鉛、三塩基性マレイン酸鉛、シリカゲル共沈ケイ酸鉛、二塩基性ステアリン酸鉛、ステアリン酸鉛、ナフテン酸鉛等が挙げられる。
スズ系安定剤としては、例えば、ジブチル錫メルカプト、ジオクチル錫メルカプト、ジメチル錫メルカプト等のメルカプチド類;ジブチル錫マレート、ジブチル錫マレートポリマー、ジオクチル錫マレート、ジオクチル錫マレートポリマー等のマレート類;ジブチル錫メルカプトジブチル錫ラウレート、ジブチル錫ラウレートポリマー等のカルボキシレート類が挙げられる。
Ca−Zn系安定剤はカルシウムの脂肪酸塩と亜鉛の脂肪酸塩の混合物である。脂肪酸としては、ベヘニン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、リシノール酸、安息香酸等が挙げられ、これらを2種以上組み合わせて用いてもよい。
高級脂肪酸金属塩としては、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、リシノール酸カルシウム、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸バリウム、ラウリン酸バリウム、リシノール酸バリウム、ステアリン酸カドミウム、ラウリン酸カドミウム、リシノール酸カドミウム、ナフテン酸カドミウム、2−エチルヘキソイン酸カドミウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、リシノール酸亜鉛、2−エチルヘキソイン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、二塩基性ステアリン酸鉛、ナフテン酸鉛等が挙げられる。
これらの中でも、管継手10を透明にする場合にはスズ系安定剤又はCa−Zn系安定剤が好ましく、スズ系安定剤としてはマレート類、カルボキシレート類等の硫黄を含まないものが硫化汚染を防止するために特に好ましく、Ca−Zn系安定剤としては成形加工時の滑性とプレートアウトのバランスからステアリン酸塩であるものが特に好ましい。
光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤が挙げられる。
管継手10の製造方法としては、従来公知の方法が挙げられ、例えば、押出成形、射出成形、ブロー成形が挙げられる。
本実施形態における配管材20は、第1の立管用パイプ21、第2の立管用パイプ22及び横枝管用パイプ23である。
第1の立管用パイプ21は、床スラブ2に対して下方に向って鉛直方向に配置され、その上端部が管継手10の下側の受口11aに接続されている。第1の立管用パイプ21の上端部は区画貫通部2a内に挿入されている。
第2の立管用パイプ22は、床スラブ2に対して上方に向って鉛直方向に配置され、その下端部が管継手10の上側の受口11bに接続されている。
横枝管用パイプ23は、その一端部が横枝管接続部12の受口12aに接続され、受口12aから離間するにつれて漸次高くなるように傾斜して配置されている。但し、横枝管用パイプ23の設置スペースは限られているから、横枝管用パイプ23の傾斜は僅かな傾斜角とされ、例えば、水平方向に対して10°以下の傾斜角である。
配管材20は、配管材20の全体が樹脂組成物(B)からなる単層構造でもよいし、複数の層からなる複層構造でもよい。即ち、配管材20は、単層構造又は複層構造の管状の周壁からなる。
配管材20が複層構造の場合、いずれかの層が樹脂組成物(B)から形成されていればよい。例えば、配管材20が、表層と中間層と内層とからなる三層構造である場合には、中間層が樹脂組成物(B)から形成されたものが挙げられ、表層、中間層、内層は難燃剤を含有していてもよい。なお、表層は管状の中間層の外周面に位置し、内層は中間層の内周面に位置する。
中間層は熱膨張性黒鉛を含有するため黒色を呈する。そのため、表層と内層は黒色以外の着色剤を含有させ、中間層と区別可能にしておくことが好ましい。
本実施形態において、中間層が耐火層である。また、本実施形態において、表層及び内層が被覆層であり、内層が内側被覆層である。
SDR(外径/配管材の厚さ(肉厚))は、例えば、13以上35以下が好ましく、15以上33以下がより好ましく、17以上30以下がさらに好ましい。SDRが上記下限値以上であれば、熱膨張性黒鉛が配管材20の周方向に配向しやすくなり、圧縮強度をより高め、熱伝導率をより低められる。SDRが上記上限値以下であれば、肉厚が薄くなりすぎず、圧縮強度をより高め、耐火性をより高められる。
中間層の厚さとしては、例えば呼び径100A(外径114mm)の場合、1.8mm以上7.6mm以下であることが好ましく、2.0mm以上6.0mm以下がより好ましく、2.5mm以上5.0mm以下がさらに好ましい。また、中間層の厚さは、配管材の厚さの85%以下が好ましく、70%以下がより好ましく、60%以下がより好ましい。中間層の厚さが上記範囲であれば、耐火性をより高め、圧縮強度をより高められる。
表層及び内層の厚さとしては、例えば呼び径100A(外径114mm)の場合、それぞれ0.3mm以上3.0mm以下であることが好ましく、0.6mm以上1.5mm以下がより好ましい。被覆層の厚さが0.3mm以上であれば、管としての機械的強度を充分に確保でき、3.0mm以下であれば、耐火性の低下を抑制できる。
配管材20の圧縮率は、JIS K 6741:2007の偏平試験によって測定される。配管材から50mm以上の環状試験片を切り取り、23℃下で1時間放置し、その後2枚の平板間に挟んで管軸に直角の方向に10mm/minの速さで管の外径を圧縮する。3つの環状試験片について、破壊された際の径方向の圧縮の程度を測定し、その平均値を圧縮率とする。例えば、外径が2/3になった時点で配管材が破壊されれば、外径の1/3の圧縮、即ち外径の33%が圧縮されたことになるので、圧縮率が33%となる。
配管材20の圧縮率は、熱膨張性黒鉛の量及びアスペクト比、難燃剤の種類等の組成面と、配管材におけるSDR、ウェルドラインの位置、配管材の層構成、各層の厚さ等の構造面の組み合わせにより調節できる。
なお、配管材20の熱伝導率は、JIS A1412−2:1999に従い、23℃の条件下で、配管材20の3か所の厚さ方向について測定した値である。
また、配管材20の熱抵抗値(厚さを熱伝導率で除した値)は、0.03m2K/W以上が好ましく、0.04m2K/W以上がより好ましい。
樹脂組成物(B)に含まれる熱可塑性樹脂としては、樹脂組成物(A)に含まれる熱可塑性樹脂と同様のものを使用でき、難燃性の観点から、ポリ塩化ビニル系樹脂が好ましい。
また、樹脂組成物(B)には、各種添加剤が含まれてもよい。添加剤は、樹脂組成物(A)に含まれてもよい添加剤と同様のものを使用できる。
なお、熱膨張性黒鉛の熱膨張開始温度は、熱膨張性黒鉛を150℃から5℃/分の昇温速度で昇温させたときに、昇温開始前の体積の1.1倍以上に膨張したときの温度のことである。熱膨張性黒鉛の体積を計測する温度の間隔は特に制限されず、例えば、5℃温度上昇する毎に体積を計測すればよい。
前記下限値以上の熱膨張開始温度は、樹脂組成物(B)を成形して配管材20を作製する際の成形温度よりも充分に高くなる。そのため、熱膨張性黒鉛の熱膨張開始温度が前記下限値以上であることにより、樹脂組成物(B)を成形する際に熱膨張性黒鉛が膨張することを防止できる。
熱膨張性黒鉛の膨張度が前記下限値以上であれば、充分に膨張するから、火災の際に区画貫通部2aをより確実に閉塞できる。
熱膨張性黒鉛は1000℃における膨張度は、熱膨張性黒鉛の製造が容易になる点から、240cm3/g以下であることが好ましい。
前記グラファイトとしては、天然鱗状グラファイト、熱分解グラファイト、キッシュグラファイト等が挙げられる。
前記無機酸としては、例えば、濃硫酸、硝酸、セレン酸等が挙げられる。
前記酸化剤としては、例えば、濃硝酸、過塩素酸、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、過酸化水素等が挙げられる。
グラファイト粉末を前記無機酸と前記酸化剤とで処理した後には、酸性度を低下させるために中和処理を施してもよい。
熱膨張性黒鉛のpHの調整方法としては特に限定されない。例えば、熱膨張性黒鉛を製造する際に、グラファイトの粉末を無機酸と酸化剤とで処理した後、水洗と乾燥とを繰り返して、熱膨張性黒鉛のpHを調整する方法が挙げられる。
熱膨張性黒鉛のpHは、以下の方法で測定される値である。
ビーカー中に、採取した5gの熱膨張性黒鉛とイオン交換水25mlとを入れて、黒鉛混合液を調製する。調製した黒鉛混合液を30秒間撹拌し、20分間放置した後、pH測定器(堀場製作所製「pH/ION METER F−23」)によって黒鉛混合液のpHを測定する。
熱膨張性黒鉛の平均粒子径は、JIS Z8801−1の試験用篩により熱膨張性黒鉛を篩分けて求められる、体積基準の累積粒度分布における50%粒子径である。
平板状の薄片である熱膨張性黒鉛は、配管材20の周方向に沿って配向する。ウェルドラインの位置では、熱膨張性黒鉛は、配管材20の径方向に配向しやすくなる。このため、ウェルドラインの位置では、熱膨張性黒鉛の平面同士が対向して、亀裂を生じやすくなる。アスペクト比が上記上限値以下であれば、ウェルドラインの位置で対抗する熱膨張性黒鉛の面積が小さくなり、圧縮強度を高められる。
樹脂組成物(B)中の難燃剤の含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対して0.05質量部以上10質量部以下が好ましく、1質量部以上5質量部以下より好ましい。
また、難燃剤の含有量は、熱可塑性樹脂に含まれる熱膨張性黒鉛100質量部に対して、13質量部以上215質量部以下が好ましく、13質量部以上190質量部以下がより好ましく、17質量部以上130質量部以下がさらに好ましく、40質量部以上120質量部以下が最も好ましい。
難燃剤の含有量が前記下限値以上であれば、耐火性をより高められ、前記上限値以下であれば、配管材20の機械的強度を充分に高くできる。
特に、難燃剤の一部又は全部がリン系化合物である場合、機械的強度が低下しやすいため、リン系化合物の含有量は、熱可塑性樹脂に含まれる熱膨張性黒鉛100質量部に対して、1質量部以上200質量部未満が好ましく、13質量部以上150質量部以下がより好ましい。
樹脂組成物(B)が難燃剤を含有する場合、熱膨張性黒鉛の平均粒子径αと難燃剤の体積平均粒子径βとの比(β/α比)は、0.0015以上0.0065以下が好ましく、0.002以上0.006以下がより好ましい。難燃剤は、熱膨張性黒鉛同士における熱的な橋渡しをする。β/α比が上記範囲内であれば、上記の熱的な橋渡しを防ぎ、熱伝導率をより低められる。
スズ系安定剤としては、例えば、ジブチル錫メルカプト、ジオクチル錫メルカプト、ジメチル錫メルカプト等のメルカプチド類;ジブチル錫マレート、ジブチル錫マレートポリマー、ジオクチル錫マレート、ジオクチル錫マレートポリマー等のマレート類;ジブチル錫メルカプトジブチル錫ラウレート、ジブチル錫ラウレートポリマー等のカルボキシレート類が挙げられる。
Ca−Zn系安定剤はカルシウムの脂肪酸塩と亜鉛の脂肪酸塩の混合物である。脂肪酸としては、ベヘニン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、リシノール酸、安息香酸等が挙げられ、これらを2種以上組み合わせて用いてもよい。
高級脂肪酸金属塩としては、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、リシノール酸カルシウム、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸バリウム、ラウリン酸バリウム、リシノール酸バリウム、ステアリン酸カドミウム、ラウリン酸カドミウム、リシノール酸カドミウム、ナフテン酸カドミウム、2−エチルヘキソイン酸カドミウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、リシノール酸亜鉛、2−エチルヘキソイン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、二塩基性ステアリン酸鉛、ナフテン酸鉛等が挙げられる。
無機充填剤としては、前記難燃剤以外の無機化合物、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化錫、酸化アンチモン、フェライト類、水酸化カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ドーンナイト、ハイドロタルサイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、石膏繊維、ケイ酸カルシウム、タルク、クレー、マイカ、モンモリロナイト、ベントナイト、活性白土、セピオライト、イモゴライト、セリサイト、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ系バルン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、炭素バルン、木炭粉末、各種金属粉、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、チタン酸ジルコン酸鉛、アルミニウムボレート、硫化モリブデン、炭化ケイ素、ステンレス繊維、リン酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、各種磁性粉、スラグ繊維、フライアッシュ、脱水汚泥等が挙げられる。前記無機充填剤のうち、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化鉄等の塩基性無機充填剤が好ましい。
前記無機充填剤は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
特に、熱膨張性黒鉛としてpHが1.5以上4.0以下に調整されたものを用いる場合には、樹脂組成物(B)には、前記塩基性無機充填剤が、熱可塑性樹脂100質量部に対して0.3質量部以上5.0質量部以下の割合で含まれることが好ましい。塩基性無機充填剤の含有割合が前記下限値以上であれば、樹脂組成物(B)を成形して配管材20を作製する熱安定性が高くなり、成形時の炭化物発生を防止でき、前記上限値以下であれば、火災発生時の熱可塑性樹脂を充分に炭化させることができ、耐火性をより向上させることができる。
表層と中間層と内層とからなる三層構造の配管材は、例えば図2に示す製造装置60を用いて製造される。
この例の製造装置60は、第1押出成形機61と、第2押出成形機62と、真空サイジング装置63と、引取機64と、切断機65とを備える。
金型70内での溶融樹脂73,74の挙動について、説明する。
図4の(a)〜(g)は、それぞれ図3の(a)〜(g)の位置での端面図である。
図3に示すように溶融樹脂73は、金型70の内部で溶融樹脂73a,73bに分岐する。図4(a)〜(e)のように、中間層を形成する溶融樹脂74は、内層を形成する溶融樹脂73aを囲むように、U字状(図4(a))、C字状(図4(b)〜(d))、O字状(図4(e))に徐々に変化して、断面円環状に成形される。図4(e)のように、溶融樹脂74は、溶融樹脂74の端部が突き合わされる位置L1で、中間層のウェルドラインが形成される。中間層のウェルドラインは、配管材20の管軸方向に延びる。
図4(c)〜(f)のように、溶融樹脂73aは、円環状の溶融樹脂74の内側で、円形(図4(c))、U字状(図4(e))、C字状(図4(f))、O字状(図4(g))に徐々に変化して、断面円環状に成形される。また、溶融樹脂73bは、円環状の溶融樹脂74の外側でU字状(図4(e))、C字状(図4(f))、O字状(図4(g))に徐々に変化して、溶融樹脂74を囲む断面円環状に成形される。図4(g)のように、溶融樹脂73aの端部が突き合わされた位置L2で、内層のウェルドラインが形成される。また、図4(g)のように、溶融樹脂73bの端部が突き合わされた位置L3で、表層のウェルドラインが形成される。内層及び表層のウェルドラインは、配管材20の管軸方向に延びる。
本実施形態において、中間層のウェルドラインと、内層及び表層のウェルドラインとは、管軸O1に対して反対側に形成される。このように、中間層のウェルドラインと、内層及び表層のウェルドラインとが異なる位置に形成されることで、配管材の圧縮強度をより高められる。配管材20の断面(管軸に直交する断面)において、中間層のウェルドラインと、内層又は表層のウェルドラインとが、管軸を回転中心として45°回転した範囲内の領域に位置していないことが好ましい。即ち、図4(g)中の領域q1及び領域q2に位置L2及びL3が位置しないことが好ましい。図4(g)中、領域q1は、中間層のウェルドラインの位置L1と管軸O1とを結ぶ線Qに対し、管軸O1を回転軸として半時計回りに45°回転した直線Q1までの領域である。図4(g)中、領域q2は、中間層のウェルドラインの位置L1と管軸O1とを結ぶ線Qに対し、管軸O1を回転軸として時計回りに45°回転した直線Q2までの領域である。
成形温度が170℃未満であると、熱膨張性黒鉛を含む樹脂組成物(B−1)の混練状態が悪く金型70内での流動性が低下して成型しにくくなる。成形温度が240℃を超えると、金型70内で樹脂組成物(B−1)に含まれる熱膨性張黒鉛が膨張してしまう。
なお、第1押出機68における樹脂温度と第2押出機69における樹脂温度とが異なる場合、熱安定性の向上のため、温度が高い方の樹脂には熱安定剤を多く配合しておくことが好ましい。
真空サイジング装置63の内部は、−1KPa(ゲージ圧)以下の真空度とすることが好ましく、−10KPa(ゲージ圧)以下の真空度とすることがより好ましく、−20KPa(ゲージ圧)以下の真空度とすることがさらに好ましい。真空度が上記上限値以下であれば、配管材に対する厚さ方向及び周方向の押圧力が高まり、中間層と、内層及び表層との融着強度をさらに高められる。
なお、この真空サイジング装置63に替えて、冷却水が溜められた冷却水槽を用いてもよく、冷却水槽の入口にはサイジングスリーブが設けられたものを用いることができる。
本実施形態の配管構造体1では、区画貫通部2aの内部に、管継手10を構成する本管部11の一方の受口11aが配置され、その受口11aに第1の立管用パイプ21の上端部が接続されている。
また、本実施形態の配管構造体1では、区画貫通部2aの外部且つ床スラブ2の上側に、本管部11の他方の受口11bが配置され、その受口11bに第2の立管用パイプ22の下端部が接続されている。また、区画貫通部2aの外部且つ床スラブ2の上側に、横枝管接続部12の受口12aが配置され、その受口12aに横枝管用パイプ23の一端部が接続されている。
各受口11a,11b,12aと各パイプ21,22,23との接続方法は特に制限されず、公知の方法を適宜適用でき、各受口の内部に設けられたパッキンにより各パイプの外面と各受口の内面との間の隙間を止水したり、各パイプの外面に接着剤を塗布し、各受口の内面と各パイプの外面とが止水されるよう接続してもよい。接着剤を用いて接合する場合、接着剤としては、着色剤が添加された有色接着剤や、紫外線により蛍光・燐光を発する発光剤が添加されている接着剤を用いることができる。ただし、区画貫通部2aの内部に位置する受口11aとパイプ21とは、パイプ21が加熱され熱膨張した際にも受口11aから脱落しない様、互いに接着剤で接続する必要がある。
管継手10の各受口11a,11b,12aに挿入される各パイプ21,22,23の端部の外面は全周にわたってテーパ面とされている。なお、ここでいうテーパ面とは、管軸に沿った配管材20の端部20aが、例えば図6(a)に示すように直線で切り取られた形状でもよい。また、配管材20の端部20aが、例えば図6(b)に示すように円弧で切り取られた形状でもよい。なお、図6(a),(b)は、内層26、中間層27及び表層28の三層構造の配管材20の端部20aにおける部分断面図である。
パイプ21,22,23が内層、中間層及び表層の三層構造で中間層が樹脂組成物(B)から構成される場合、パイプ21,22,23を管継手10に挿入する際に、中間層が露出するまで表層を切削してもよく、中間層が露出しない程度に切削してもよい。中間層が露出していれば、管継手10が透明な場合、露出した配管材20端面の中間層は黒色であるため外部から端面の位置が視認でき、受口の奥まで挿入しているか否かが視認できる。特に、継手が透明の場合、受口に設けられたパッキンを外部から視認できるため、配管材20の端部がパッキンよりも所定の長さ挿入されているかが判断できる。中間層が露出していなければ、中間層や中間層と表層との界面に接着剤成分が侵入せず、接着剤成分により表層と中間層の界面剥離や割れ等を防止したり、酸性である熱膨張性黒鉛により接着剤成分が劣化することを防止することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
本発明において、配管材は、一端部に受口を備えたものであってもよい。この場合、管継手は配管材の受口に挿入される差口を備えた構成とされ、管継手の差口を配管材の受口に挿入して接続することにより配管構造体とされる。
また、上述の実施形態の配管材は、三層構造であるが、本発明の配管材は、中間層(耐火層)を有すればよい。本発明の配管材は、中間層のみからなる単層構造でもよいし、内層及び表層のいずれか一方のみを有する2層構造でもよい。本発明の配管材は、中間層と、内層及び表層の少なくとも一方とを有する複層構造が好ましい。
あるいは、配管材は、表層及び内層の少なくとも一方が耐火層(即ち、熱膨張性黒鉛を含有する層)で、中間層が熱膨張性黒鉛を含有しない層でもよい。
本発明において、管継手は、上記実施形態に記載の形状の三方管継手に限定されず、管継手の本管部に対して横枝管接続部が垂直に設けられたT型のものでもよい。また、管継手は、2本の立管用パイプと2本以上の横枝管用パイプとを接続するものでもよいし、1本の立管用パイプと2本以上の横枝管用パイプとを接続するものでもよい。
配管材においては、少なくとも立管用パイプが前記樹脂組成物(B)から構成されていればよく、横枝管用パイプは前記樹脂組成物(B)以外の樹脂組成物、即ち熱膨張性黒鉛を含まない樹脂組成物から構成されてもよい。
また、本発明の配管構造体は、壁に形成された区画貫通部に通されるものであってもよい。配管構造体が、壁に形成された区画貫通部に通されるものである場合には、管継手は、受口が2つ設けられたものでもよいし、受口が3つ以上設けられたものでもよい。
また、本発明の配管構造体は、給水路にも使用できる。
この場合の配管構造体1は、例えば図8に示すように、上部管継手10aと、下部管継手10bと、配管材20とを備える。
上部管継手10aは、配管材20を接続可能な受口13aと、上階から伸びる第2の立管用パイプ122を接続可能な受口11bと、上階から伸びる横枝管用パイプ123を接続可能な受口12aとを備える。
下部管継手10bは、配管材20を接続可能な受口13bと、下階から伸びる第1の立管用パイプ121を接続可能な受口11aとを備える。
上部管継手10a及び下部管継手10bは、前記樹脂組成物(A)から構成されていてもよいし、樹脂組成物(A)以外の樹脂で構成されていてもよい。例えば、上部管継手10a及び下部管継手10bは、難燃剤を含まないポリ塩化ビニル系樹脂で構成されていてもよい。
配管材20の上端は、上部管継手10aの受口13aと接続されている。配管材20の下端は、下部管継手10bの受口13bと接続されている。
配管材20は前記樹脂組成物(B)から構成される。樹脂組成物(B)が含む樹脂は、樹脂組成物(A)が含む樹脂と同じでもよいし、異なってもよい。例えば、樹脂組成物(A)がポリ塩化ビニル系樹脂を含有する場合に、樹脂組成物(B)は、ポリエチレン樹脂を含んでもよい。
配管材20には、上階から伸びる第2の立管用パイプ122からの排水に加えて、横枝管用パイプ123からの排水も流れる。このため、配管材20の呼び径は、立管用パイプ122及び横枝管用パイプ123の呼び径以上とされている。立管用パイプ122や横枝管用パイプ123の一般的なサイズは最大でも呼び径125程度であり、配管構造体1として少ない品種に抑えつつ設置自由度を高めるために、配管材20は呼び径125以上とすることが好ましく、呼び径200以下とすることが好ましい。
第1の立管用パイプ121、第2の立管用パイプ122及び横枝管用パイプ123は、前記樹脂組成物(A)から構成されていてもよいし、前記樹脂組成物(B)から構成されていてもよいし、前記樹脂組成物(A)及び前記樹脂組成物(B)以外の材料で構成されていてもよい。但し、樹脂製である場合には金属製である場合に比べて線膨張係数が大きく熱による伸縮量が大きくなり、後述する配管材20とモルタル3の上下面との接点に応力が集中しやすい。
図8に示す配管構造体1は、配管材20が床スラブ2の区画貫通部2aに配置されるように建物内に設置される。本実施形態において、配管材20は、床スラブ2から下方に突出している。また、配管構造体1と区画貫通部2aの内側面との間にはモルタル3が充填され、区画貫通部2aの内側面と配管材20との間の隙間が埋められていると共に、配管構造体1を固定している。この場合、配管材20は、床スラブ2から下方に突出している。
本実施形態においては、立管用パイプ121が熱収縮したり、立管用パイプ121に対する施工時の物理力が加わると、配管材20とモルタル3の下面との接点Pに応力が集中する。本発明の配管材20は、圧縮率が高いため、接点Pに応力が集中しても、破損しにくい。
本実施形態においては、立管用パイプ122及び横枝管用パイプ123が熱収縮したり、立管用パイプ122及び横枝管用パイプ123に対する施工時の物理力が加わると、配管材20とモルタル3の上面との接点P1に応力が集中する。本発明の配管材20は、圧縮率が高いため、接点P1に応力が集中しても、破損しにくい。
さらに、下部管継手10bの受口13b及び上部管継手10aの受口13aの両方と配管材20とが床スラブ2の区画貫通部2a内で接続されていてもよい。特に、配管材20の圧縮率が50%以下である場合には、下部管継手10bの受口13b及び上部管継手10aの受口13aの両方と配管材20とが床スラブ2の区画貫通部2a内で接続されていることが好ましい。
(配管材の使用原料)
・熱膨張性黒鉛I :エア・ウォーター株式会社製、MZ−260、膨張開始温度260℃以上、平均アスペクト比25.3。
・熱膨張性黒鉛II :東ソー株式会社製、GREP−EG、膨張開始温度220℃、平均アスペクト比18。
・熱膨張性黒鉛III:日本黒鉛工業株式会社製、EXP50T、平均アスペクト比31。
・熱膨張性黒鉛IV :東ソー株式会社製、GREP−EG(150メッシュを通過したもの)、膨張開始温度220℃、平均アスペクト比1.3。
・熱膨張性黒鉛V :東ソー株式会社製、GREP−EG(5メッシュを通過しなかったもの)、膨張開始温度220℃、平均アスペクト比45。
・ポリ塩化ビニル系樹脂:大洋塩ビ株式会社製、TH1000。
・ポリエチレン樹脂:旭化成株式会社製、サンテックB770。
・鉛系安定剤:堺化学株式会社製、SL−1000。
・ポリエチレン系滑剤:三井化学株式会社製、ハイワックス4202E。
・難燃剤(水酸化アルミニウム):昭和電工株式会社製、H−31、平均粒子径18μm。
・難燃剤(リン酸亜鉛):鈴裕化学社製、ZPO−3。
配管材は、表層、耐火層である中間層及び内層からなるものとした。
中間層を構成する樹脂組成物は、以下のように得た。
表1〜3の耐火層の配合に従い、ポリ塩化ビニル系樹脂と、熱膨張性黒鉛と、鉛系安定剤、ポリエチレン系滑剤、水酸化アルミニウムとを配合した後、内容積200リットルのヘンシェルミキサー(川田工業株式会社製)を用い、攪拌混合して樹脂組成物(B−1)を得た。
表層及び内層を構成する樹脂組成物は、以下のように得た。
ポリ塩化ビニル樹脂(大洋塩ビ株式会社製TH1000)100質量部に、錫系安定剤(大協化成工業社製、商品名「STX−80」)2質量部、ポリエチレン系滑剤(三井化学株式会社製、ハイワックス4202E)0.5質量部、炭酸カルシウム(白石カルシウム株式会社製、ホワイトンSB)3質量部を配合した後、内容積200リットルのヘンシェルミキサー(川田工業株式会社製)で攪拌混合して樹脂組成物(B−2)を得た。
図2に示す製造装置を用いて、第1押出成形機61のホッパ66に前記樹脂組成物(B−2)を供給し、第2押出成形機62のホッパ67に前記樹脂組成物(B−1)を供給した。第1押出機68及び第2押出機69における樹脂温度を180℃に設定して、第1押出機68及び第2押出機69から金型70へ各樹脂を供給した。金型70における成形温度を190℃に設定して管状に押出成形し、外径216mm、樹脂組成物(B−2)で構成され、厚さがそれぞれ2.0mmの表層と内層と、樹脂組成物(B−1)で構成され、表層と内層の間に形成された厚さが8.0mmの中間層と、を備えた配管材を作製した。
得られた配管材において、中間層のウェルドラインと、内層及び表層のウェルドラインとの位置関係は、図4(g)と同様とした。
得られた配管材について、熱伝導率、熱抵抗値、融着強度、圧縮率、耐火性を評価した。その結果を表中に示す。以下、融着強度については、得られた配管材が多層である場合についてのみ評価した。
表層及び内層を設けなかった(即ち、耐火層のみの単層構造とした)以外は、実施例1と同様にして配管材を作製した。
得られた配管材について、熱伝導率、熱抵抗値、圧縮率、耐火性を評価し、その結果を表中に示す。
耐火層の配合を表3に示すように変更した以外は、実施例7と同様にして、耐火層のみの単層構造の配管材を作製した。
得られた配管材について、熱伝導率、熱抵抗値、圧縮率、耐火性を評価した。その結果を表中に示す。
中間層のウェルドラインと、内層及び表層のウェルドラインとを同じ位置に形成した以外は、実施例1と同様にして配管材を作製した。
得られた配管材について、熱伝導率、熱抵抗値、融着強度、圧縮率、耐火性を評価した。その結果を表中に示す。
耐火層の配合を表2に示すように変更した以外は、実施例7と同様にして、耐火層のみの単層構造の配管材を作製した。
得られた配管材について、熱伝導率、熱抵抗値、圧縮率、耐火性を評価した。その結果を表中に示す。
[融着強度]
図10に示す万能試験機50を用意した。万能試験機50は、抜き打ち治具51と図示略の2枚の圧縮板とを備える。抜き打ち治具51は、台座部51aと台座部51aの上方に配置された押込部51bとを備える。そして抜き打ち治具51は、図示略の2枚の圧縮板に挟まれている。
次に、配管材を管軸方向20mm幅の管状に切り取ったものを試験片25とした。試験片25は、内層26と中間層27と図示略の表層とを有する。
温度が23℃±2℃、湿度が常湿(45〜85%)の条件下、試験片25を万能試験機50の台座部51aと押込部51bとの間にセットし、2枚の圧縮板により管軸の方向に毎分10mm/min±2mm/minの速さで試験片25を圧縮し、内層26と中間層27との融着面が剥離する際の最大荷重を求め、下記式(1)及び(2)で融着強度を算出した。
F=W/S ・・・(1)
S=3.14×d×L ・・・(2)
[式(1)及び(2)中、Fは融着強度(MPa)であり、Wは最大荷重(N)であり、Sは融着面積(cm2)であり、dは内層26の平均外径(cm)であり、Lは管軸方向の試験片長さ(cm)である]
図11に示す耐火試験炉100を用意した。耐火試験炉100は、上方以外は密閉された加熱室110と、加熱室110の上に設置された試験用の床スラブ120と、加熱室110内に設けられて火炎を生じさせるバーナー130と、加熱室110内の温度を測定する熱電対140とを備える。床スラブ120としては、直径260mmの区画貫通部120aが形成された100mm厚さのPC(プレキャストコンクリート)パネルを用いた。熱電対140は、加熱室110内の配管材20(第1の立管用パイプ21)の下端付近の温度を測定できるように配置した。また、管継手10と区画貫通部120aの内側面との間にはモルタル3を充填して区画貫通部120aを密閉した。
この耐火試験炉100に、上記のように作製した管継手10及び各実施例と比較例の配管材を切断して作製したパイプ21,22,23(配管材20)を用い、上記実施形態と同様の配置で配管構造体1を設置した。
そして、耐火試験(平成12年6月1日に施行された改正建築基準法の耐火性能試験の評価方法,ISO834−1に従う)を行った。この耐火試験では、加熱開始後、管継手10と区画貫通部120aとの隙間から煙が出るまでの時間(発煙時間)を測定した。消防法の令8区画の判定基準に従い、発煙時間が120分以上の場合を耐火性有りとし、120分未満の場合を耐火性無しとする。
実施例1の配管構造体について前記耐火試験を行ったところ、加熱開始から120分を超えても、管継手10と区画貫通部120aとの間から煙が流出することがなく、耐火性を有していた。
表3に示すように、熱膨張性黒鉛の含有量が1質量部である比較例1、球状の黒鉛を用いた比較例3は、耐火性が90分以下であった。圧縮率が5〜19%である比較例2、4〜6は、強度が不十分であった。
以上のことから、本発明を適用することで、配管材を耐火性能に優れかつ破損しにくくできることが判った。
2 床スラブ
2a 区画貫通部
3 モルタル
4 床材
10 管継手
10a 上部管継手
10b 下部管継手
11 本管部
11a,11b 受口
12 横枝管接続部
12a 受口
13a,13b 受口
20 配管材
21 第1の立管用パイプ(配管材)
22 第2の立管用パイプ(配管材)
23 横枝管用パイプ(配管材)
O1 管軸
Claims (8)
- 管状の周壁を備え、
前記周壁は、熱可塑性樹脂100質量部と、鱗片状の熱膨張性黒鉛3質量部以上20質量部以下とを含有する管状の耐火層を有し、
JIS K 6741:2016で規定する偏平試験に基づいて測定される圧縮率が20%以上である、配管材。 - 前記耐火層の内周面及び外周面の少なくとも一方に位置し、前記耐火層を被覆する被覆層を備える、請求項1に記載の配管材。
- 前記耐火層と、前記被覆層との融着強度が1.5MPa以上である、請求項2に記載の配管材。
- 前記耐火層は、管軸方向に延びるウェルドラインを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の配管材。
- 前記周壁の熱伝導率が0.3W/m・K以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の配管材。
- 前記耐火層が難燃剤を含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の配管材。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の配管材と、上部管継手及び下部管継手とが予め接合された配管構造体であって、
前記上部管継手は、前記配管材の上端と接続される接続部を備え、
前記下部管継手は、前記配管材の下端と接続される接続部を備え、
前記配管構造体を設置したとき、少なくとも前記配管材が床スラブの区画貫通部内に位置し、かつ、前記配管材は、床スラブから下方に突出している、配管構造体。 - 管状の耐火層と、前記耐火層の内周面に位置する内側被覆層とを少なくとも有する複層構造とされた配管材の製造方法であって、
前記内側被覆層はポリ塩化ビニル樹脂を含み、
前記耐火層は、ポリ塩化ビニル樹脂と鱗片状の熱膨張性黒鉛とを含み、
前記耐火層及び前記内側被覆層を押出用金型で積層して押出した後、サイジングスリーブへ導入して外面を賦形する、配管材の製造方法。
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