JP2943288B2 - 融着性に優れたポリエチレン樹脂パイプとその製造方法 - Google Patents

融着性に優れたポリエチレン樹脂パイプとその製造方法

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JP2943288B2 JP2240574A JP24057490A JP2943288B2 JP 2943288 B2 JP2943288 B2 JP 2943288B2 JP 2240574 A JP2240574 A JP 2240574A JP 24057490 A JP24057490 A JP 24057490A JP 2943288 B2 JP2943288 B2 JP 2943288B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、都市ガスなどのガス配管用に適した、融着
性に優れたポリエチレン樹脂パイプに関する。
[従来の技術] ガス配管用の管としては、従来は、亜鉛めっき鋼管、
或いは鋼管をポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタ
ン樹脂などのプラスチックでコーティングした樹脂被覆
鋼管が使用されてきた。しかし、鋼管の使用は、腐食に
よる老朽化や地盤変動による破損といった欠点があり、
かかる欠点のない新しい配管材料が求められている。
既に欧米では、化学安定性が高く、地盤変動対応性に
優れているポリエチレン樹脂製パイプがガス配管用に使
用されている。
ポリエチレン樹脂製のガス管の長所として、腐食しに
くい、地盤変動に強いということの他に、融着接合によ
り簡単に接続できることがある。鋼管の場合には、溶接
により接続するため、接続には溶融装置が必要であり、
また熟練を要するが、樹脂管の接続はバーナまたは加熱
装置による加熱融着により簡単に実施することができ
る。
[発明が解決しようとする課題] ポリエチレン樹脂は有効な接着剤がないため、パイプ
の接続は融着接合に頼らざるを得ない。従って、都市ガ
スのように爆発性のガスを供給するガス管にとって、パ
イプの融着性は確実かつ堅固にパイプを接続するために
非常に重要となる。
ガス配管用のポリエチレン樹脂パイプについてはJIS
K6774に規定されており、材料としては密度0.933g/cm3
以上、0.939g/cm3未満の中密度ポリエチレン樹脂を主原
料とすることが定められている。
しかし、かかる規格を満たすポリエチレン樹脂パイプ
が十分な融着性を示さないことがしばしば経験されてき
た。融着性が十分でないと、ガス管として使用した場合
にガス漏れの危険性を完全には排除できず、従ってガス
管に安全に使用することができない。
ポリエチレン樹脂パイプの融着性については、これま
でポリエチレン樹脂銘柄と融着性との関係、融着性の評
価方法などが検討されてきているが、優れた融着性を確
保するためのポリエチレン樹脂の物性の研究はなされて
いなかった。
本発明の目的は、ガス用低圧導管として最適な融着性
に優れたポリエチレン樹脂パイプを、樹脂物性の特定に
より実現することである。
[課題を解決するための手段] ポリエチレン樹脂パイプ自体の物性と融着性との関係
を調べた結果、樹脂のメルトフローレートが小さく、溶
融粘度が大きいパイプが融着性に優れることが判明し、
本発明の完成に至った。
ここに、本発明は、メルトフローレートが0.15〜0.23
g/10分、210℃での溶融粘度が3.4×104〜4.0×104poise
の中密度ポリエチレン樹脂からなることを特徴とする、
融着性に優れたポリエチレン樹脂パイプを要旨とする。
本発明においてポリエチレン樹脂のメルトフローレー
トは、ポリエチレン樹脂の規格であるJIS K6760により
測定した値である。即ち、この規格に従って、JIS K721
0の表1の条件4(試験温度190℃、試験荷重2.16kgf)
で測定したメルトフローレートの値を意味する。
また、溶融粘度は、キャピラリーレオメーターを用
い、210℃で剪断速度36.48sec-1で測定した値である。
本発明において、ポリエチレン樹脂のメルトフローレ
ートおよび溶融粘度は、成形に使用した原料ポリエチレ
ン樹脂のそれ(初期値)ではなく、成形により得られた
樹脂パイプについて測定した値である。
[作用] 前述したガス用ポリエチレン管のJIS規格であるJIS K
6774によると、管の種類は使用する原料ポリエチレン樹
脂のメルトフローレートによってA、B、Cの3種に分
類され、メルトフローレートは最も低いA種で0.15g/10
分以上、0.4g/10分未満と規定されている。
これに対し、本発明のポリエチレン樹脂パイプは、パ
イプを構成する樹脂(成形後の樹脂)のメルトフローレ
ートが0.15〜0.23g/10分と低水準にあり、210℃での溶
融粘度が3.4×104〜4.0×104poiseと高いという物性上
の特徴を有する。
ポリエチレン樹脂から溶融押出によりパイプを成形す
ると、成形時の剪断あるいは加熱により分子鎖のからみ
合いの低下が起こったり、分子鎖の切断が起こるため、
樹脂のメルトフローレートと溶融粘度が変化し、成形前
の初期値とは異なる値をとる。従って、同一のポリエチ
レン樹脂を使用しても、成形条件(例、成形温度、加熱
保持時間またはスクリュー回転数など)が変動すると、
得られる樹脂パイプのメルトフローレートおよび溶融粘
度が変化する。
本発明者らは、この事実に着目し、研究を進めた結
果、ポリエチレン樹脂パイプの融着性が、成形後の樹脂
パイプの溶融粘性(メルトフローレートと溶融粘度)に
より影響され、これらの特性が上記範囲内であると、高
い接合部強度でパイプを融着することができることを見
出した。
これは、メルトフローレートが小さく、溶融粘度が大
きいポリエチレン樹脂の方が、分子鎖のからみ合いの程
度が高く、そのため融着部分の分子鎖の引抜きが起こり
にくくなるため、融着強度が向上するのではないかと推
測される。
樹脂のメルトフローレートが0.15g/10分未満、或いは
溶融粘度が4.0×104poiseを超えると、分子のからみ合
いが大きすぎて、流動性が悪化し、押出成形時にパイプ
の肌荒れを生起したり、製品の寸法精度が悪くなる。
樹脂のメルトフローレートが0.23g/10分を超えたり、
或いは溶融粘度が3.4×104poise未満であると、融着時
にポリエチレン樹脂の分子鎖がからみ合わず、ほぐれて
しまう傾向が高くなるため、パイプの融着性が悪化す
る。
本発明のパイプを構成する中密度ポリエチレン樹脂
は、上記の物性を有するものであれば、その組成、製造
法、分子量等は特に限定されない。
ただし、ガス管として使用する場合には、JIS K6774
の規定を満たすように、樹脂が0.933g/cm3以上、0.939g
/cm3未満の密度を有する必要がある。
中密度ポリエチレン樹脂としては、例えば、チーグラ
ー型触媒を使用して低圧法で、或いはフィリップス型触
媒を使用して中圧法で製造されたものを使用することが
できる。
また、ポリエチレン樹脂はエチレンの単独重合体であ
ってもよいが、好ましくはエチレンに約20重量%以下の
α−オレフィンを共重合させた共重合物である。特に、
エチレンと4〜17重量%程度のα−オレフィンとの共重
合物が好ましい。共重合可能なα−オレフィンとして
は、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デ
セン、4−メチル−1−ペンテンなどが挙げられる。か
かる共重合成分が存在すると、重合体の分子構造が短い
分枝を有する構造となり、密度0.93〜0.94g/cm3の樹脂
を容易に得ることができる。
ポリエチレン樹脂パイプの寸法は、ガス管として使用
する場合には、JIS K6774に規定されたいずれかの寸法
とする。このJIS規格には、外径27mmから420mmまで、肉
厚3〜20mmの各種の寸法のガス用ポリエチレン樹脂パイ
プの寸法、ならびに補修用のインサートパイプの寸法が
規定されている。他の目的に使用する場合には、使用目
的に応じて適当な寸法とする。
本発明のポリエチレン樹脂パイプの成形方法は特に限
定されないが、通常は溶融押出法により成形を行う。例
えば、押出機内で中密度ポリエチレン樹脂を190〜240℃
の温度で溶融し、環状の押出ダイから押出した後、サイ
ジングにより径を調整し、次いで水温10〜25℃の冷却水
槽で冷却し、固化したパイプを引取装置で引取り、所定
長に切断するか、巻き取る。押出機には、一般には単軸
型のメタリングタイプのスクリューを備えたものが用い
られる。ダイには、ストレートヘッド式、クロスヘッド
式、オフセット式等のダイが用いられる。サイジング方
法としては、サイジングプレート法、アウトサイドマン
ドレル法、サイジングボックス法、インサイドマンドレ
ル法などが可能である。
添付図面に示すように、成形温度が190℃未満では、
押出機内での剪断による分子鎖のからみ合いの減少が大
きくなるため、得られるポリエチレン樹脂パイプのメル
トフローレートが増大し、樹脂のメルトフローレートが
0.23g/10分の上限を超えてしまう傾向があるので、不適
当である。
一方、成形温度が240℃を超えても、分子鎖の切断が
顕著になるため、メルトフローレートが急激に上昇し、
本発明で規定するメルトフローレートの上限0.23g/10分
を超えてしまうことが多く、融着性が急激に悪化する。
さらに、成形温度が240℃を超えると、樹脂の酸化劣化
のために成形パイプの物性が悪化する傾向もある。
前述したように、成形中に樹脂のメルトフローレート
および溶融粘度が変動する。従って、使用するポリエチ
レン樹脂のメルトフローレートおよび溶融粘度は、必ず
しも本発明で規定した範囲内である必要はない。いずれ
にしても、成形後に得られたパイプのポリエチレン樹脂
のメルトフローレートおよび溶融粘度が前述した範囲内
となるように、成形時の変動を考慮して適当なメルトフ
ローレートおよび溶融粘度の原料ポリエチレン樹脂を選
択し、また使用する原料ポリエチレン樹脂のメルトフロ
ーレートおよび溶融粘度の初期値に応じて、成形温度、
押出機スクリュー回転数などの成形条件を適当に設定す
る。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明する。
[実施例] 本実施例では、昭和電工(株)製の中密度ポリエチレ
ン樹脂(密度=0.935g/cm3、メルトフローレート=0.20
g/10分、210℃での溶融粘度2.03×104poise、共重合成
分=1−ヘキセン1重量%)をパイプ成形用の原料ポリ
エチレン樹脂として使用した。
パイプの成形は、単軸押出機により肉厚5.5mm、外径6
0mmの単層管を押出成形することによって行った。押出
温度は180〜240℃、スクリュー回転数は35rpmであっ
た。
上記押出成形において、押出温度を変化させることに
より、メルトフローレートおよび溶融粘度が異なるパイ
プを得た。
こうして得られたポリエチレン樹脂パイプを、市販の
自動パイプ融着装置(アサダ製)により加熱融着した。
融着は、同種の2本のパイプ試験材の管端同士を上記融
着機の標準プロセスにより、熱板設定温度210℃、加圧
圧力1.0〜1.5kg/cm2、加熱保持時間40〜60秒で突き合わ
せ融着することにより行った。
得られたポリエチレン樹脂パイプ融着試験材を用い
て、次に述べる試験方法で融着性を評価した。
(1)引張衝撃性 ASTM D1822に規定の条件(衝撃速度3.4m/秒、衝撃エ
ネルギー60kg・cm、温度23℃)で試験材に引張衝撃を与
え、破断エネルギーの測定値により評価した。
(2)環境応力亀裂特性 JIS K6774に規定の条件(試験液:10重量%ノニルフェ
ニルポリオキシエチレンエタノール水溶液、温度50℃)
による材料環境応力亀裂試験を行った。
融着接合部を含んだ部分をJIS K6774の図4に示す形
状で被試験パイプより切出し、ノッチを融着接合部と直
交する方向に入れた後、融着接合部が最大曲げ部となる
ようにして押さえ棒半径19mmの治具を用いて曲げ試験片
を作成した。その試験片を上記試験液中に240時間浸漬
し、浸漬後の試験片の融着接合部の亀裂発生確率で評価
した。
上記の各試験により得られた結果を、各パイプの成形
温度(押出温度)、成形後のメルトフローレートおよび
溶融粘度と共に、第1表に示す。
第1表の結果から明らかなように、本発明に規定した
範囲内のメルトフローレートおよび溶融粘度を有するポ
リエチレン樹脂パイプは、接合部強度が高く、亀裂発生
が少なく、優れた融着性を示す。これに対して、メルト
フローレートが大きく、溶融粘度が小さい比較例1のポ
リエチレン樹脂パイプは融着性に劣り、接合部強度が小
さい上に、亀裂発生確率が非常に高い。
[発明の効果] このように、本発明のポリエチレン樹脂パイプは、パ
イプ自体の物性を改質することにより、優れた融着性を
示し、加熱融着により高い接合部強度で容易かつ確実に
接続することができる。従って、都市ガスなどのガス供
給用配管として特に好適である。さらに、簡易水道、農
業用潅漑配水管などとして水その他の液体供給用にも使
用可能である。また、融着性が高いことから、老朽管の
補修用のインサートパイプとしても使用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、パイプの成形温度とパイプ樹脂のメルトフ
ローレートとの関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 47/00 - 47/96 B29D 23/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メルトフローレートが0.15〜0.23g/10分、
    210℃での溶融粘度が3.4×104〜4.0×104poiseの中密度
    ポリエチレン樹脂からなることを特徴とする、融着性に
    優れたポリエチレン樹脂パイプ。
  2. 【請求項2】中密度ポリエチレン樹脂を190〜240℃の押
    出温度で溶融押出成形することからなる、メルトフロー
    レートが0.15〜0.23g/10分、210℃での溶融粘度が3.4×
    104〜4.0×104poiseの融着性に優れたポリエチレン樹脂
    パイプの製造方法。
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