JP4126217B2 - ポリエチレン厚膜被覆鋼管の製造方法及びポリエチレン厚膜被覆鋼管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直径が１５ｍｍ〜６００ｍｍで、その外面に、従来よりも厚い、４．７〜７．２ｍｍのポリエチレンの被覆層が形成された、ポリエチレン被覆鋼管の製造方法と該ポリエチレン被覆鋼管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直径が１５ｍｍ〜６００ｍｍでその外面を厚さが０．６〜３．０ｍｍのポリエチレンで被覆した鋼管は、例えばガス供給用配管として地下に埋設して用いられている。この際鋼管はポリエチレンの被覆により十分な耐食性を備えている。このため、通常の条件では地下に埋設しても、長期間に亘って使用を継続する事ができる。しかしながら、このガス供給用配管が埋設されている近傍に落雷が発生すると、地下に埋設されている鋼管の上記のポリエチレンの被覆は大きく損壊する。
【０００３】
本発明者等は、ポリエチレンの被覆厚さを変えて一連の鋼管を作成し、雷インパルス破壊試験装置を用いてシュミレーションによりインパルス耐電圧調査を行った。その結果、本発明者等はポリエチレンの被覆厚さを４．７ｍｍ〜７．２ｍｍにすると、通常の強さの落雷ではポリエチレンの被覆は損壊しないという新たな知見を得た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既に述べた如く、従来のポリエチレンの被覆厚さは０．６〜３．０ｍｍである。上記のインパルス耐電圧調査で本発明者等はポレエチレンの厚さが４．７〜７．２ｍｍのものを格別に試作し、使用した。しかしこの試作において、ポリエチレンの厚さを４．７〜７．２ｍｍにすると、ポリエチレンの被覆が厚過ぎるために、ポリエチレンの肉厚のバラツキが著しく大きくなり、またポリエチレンの被覆層の外面には多数の皺状欠陥が発生した。
【０００５】
本発明は、これ等の問題点を解決するもので、即ち、直径が１５〜６００ｍｍでその外面には４．７〜７．２ｍｍのポリエチレンの被膜が形成され、且つポリエチレンの肉厚のバラツキが小さく、また外面には皺状欠陥がない、ポリエチレン被覆鋼管の製造方法と該ポリエチレン被覆鋼管の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
図１は直径Ｄ₀が１５〜６００ｍｍの鋼管１の外面にポリエチレン４を被覆する際に用いる、汎用のクロスヘッドダイの縦断面の説明図である。ポリエチレンを被覆する鋼管１はクロスヘッドダイに設けられた内孔２内をＶ₀ｍ／分の速度で矢印Ｖ₀方向に通材する。クロスヘッドダイにはマニホールド３が設けられている。溶融ポリエチレン４をマニホールド３内に充満させ、外圧Ｐで加圧することにより、溶融ポリエチレン４はリング状吐出孔５からＶ₁ｍ／分の速度で押出され、鋼管１の外面に達し、厚さがｔｍｍのポリエチレンの被膜を鋼管１の外面に形成する。
【０００７】
既に述べた如く、従来のポリエチレンの被膜の厚さｔは０．６〜３．０ｍｍである。この際には厚さが均一なポリエチレン被膜となり、また表面に皺状欠陥がない鋼管が得られる。
【０００８】
一方本発明ではポリエチレンの被膜厚さが４．７〜７．２ｍｍの厚膜被覆鋼管を製造する。しかしながら、格別の工夫を行わないで、図１で例えば外圧Ｐを大きくして被膜の厚さをｔを４．７〜７．２ｍｍにすると、鋼管１の表面の溶融ポリエチレン４は、溶融物であるため上部から鋼管の表面を伝わって下部に移動し、鋼管の上部のポリエチレンは厚さｔが小さくなって薄くなり、鋼管の下部のポリエチレンは厚さｔが大きくなって厚くなり、ポリエチレンの厚さが不揃いな鋼管となる。また溶融ポリエチレンの厚さが不揃いな鋼管は、厚肉の部分のポリエチレンの表面に皺状欠陥が発生する。また鋼管の下部に移動した溶融ポリエチレンは鋼管の下部から更に下方に垂れ下がり、操業が困難になるという問題点が発生する。
【０００９】
本発明では鋼管１をＶ₀ｍ／分で通過させ、出側で該鋼管１の外周を囲むリング状吐出孔５から加熱溶融したポリエチレンをＶ₁ｍ／分で該鋼管１の外面に吐出するクロスヘッドダイを用いる。
【００１０】
本発明ではポリエチレンとして、JIS K 6760で測定して密度が０．９３７〜０．９６５ｇ／cm³でかつＭＦＲが０．１５〜０．３２、引張り破壊強さが２.１６ＫＮ／cm²のものを用いる。かつJIS K 7206 でビカット軟化点温度が８５℃以上であり、JIS K 7215で硬さがデュロメーターで５５〜７０のものを用いる。かつ分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが２０〜３０で２３０℃の時の溶融張力が１．５〜２．５ｇのものを用いる。
【００１１】
本発明ではこのポリエチレンを２００〜２５０℃に加熱溶融し、これをリング状吐出孔の内径Ｄ₁を鋼管１の外径Ｄ₀に対してＤ₁／Ｄ₀＝１．１〜１．５にし、かつ吐出孔５のリップｈ（リング状吐出孔のリングの外径−Ｄ₁）＝１０〜１３ｍｍにしたクロスヘッドダイのリング状吐出孔５から、通過する１００〜１８０℃の外径が１５〜６００ｍｍの該鋼管の外面に、ドローダウンレイシオＶ₀／Ｖ₁＝２．３〜３．７にして吐出し、厚さが４．７〜７．２ｍｍのポリエチレン被膜を形成する。以下に本発明の特定の理由を説明する。
【００１２】
本発明では、密度が０．９３７〜０．９６５ｇ／cm³のポリエチレンを用いる。従来の厚さが０．６〜３．０ｍｍのポリエチレンの被膜皮膜を形成する場合は、密度が０．９１５〜０．９６５ｇ／cm³のポリエチレンを使用していた。密度が０．９３７〜０．９６５ｇ／cm³のポリエチレンは高密度ポリエチレンに属するもので、化学的に安定で機械強度も強く、更に電気絶縁性にも優れている。
【００１３】
本発明では２３０℃の溶融張力が１．５ｇ以上〜２．５ｇ以下のポリエチレンを用いる。従来の厚さが０．６ｍｍ〜３．０ｍｍのポリエチレンの被膜を形成する場合は２３０℃の溶融張力が０．５〜５ｇのポリエチレンを用いていた。本発明者は、Ｄ₁／Ｄ₀が異なる各サイズの鋼管に溶融張力の異なるポリエチレンを２３０℃に加熱し厚さが６ｍｍのポリエチレンの被膜を形成し、ポリエチレンの被膜の成型性を調査した。結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
２３０℃での溶融張力が１．５ｇ未満の場合は、特にＤ₁／Ｄ₀が小さい場合は成型時に充分な張力が得られず、樹脂が下部にたれて成型性が低下する。逆に２３０℃での溶融張力が２．５ｇ超の場合、特にＤ₁／Ｄ₀が大きい場合、樹脂がちぎれかげんになり成型性が低下する。２３０℃での溶融張力が１．５ｇ以上〜２．５ｇ以下の場合、Ｄ₁／Ｄ₀が１．１〜１．５のどの範囲でも良好な成型性を示した。
【００１６】
本発明では、ドローダウンレイシオを２．３０〜３．７０に制御して操業する。従来の厚さが０．６〜３．０ｍｍのポリエチレンの被膜を形成する場合はドローダウンレイシオを３〜５に制御して操業を行なってきた。本発明者等はＤ₁／Ｄ₀が１．３の場合、鋼管の通材速度Ｖ₀(ｍ／分)を変え、また溶融ポリエチレンの吐出速度Ｖ₁(ｍ／分)を変えることにより異なるドローダウンレイシオでポリエチレン被覆鋼管を作成実験した。表２はその概要である。
【００１７】
表２の試験水準１，５，８，９はドローダウンレイシオが本発明の２．３０〜３．７０である。形成されたポリエチレン被膜の肉厚変動は少なく好ましい結果を示した。試験水準４，７はドロダウンレイシオが本発明より大きい例であるが、その場合ポリエチレン樹脂が破断しやすく成型が困難であった。また、試験水準２，３，６はドローダウンレイシオが本発明より小さい例であるが、その場合樹脂が垂れ下がり、膜厚の変動が大きかった。
【００１８】
【表２】

【００１９】
本発明では、使用するポリエチレンの密度、２３０℃の溶融張力、及びドローダウンレイシオを上記の如く特定の範囲に制御する。尚、これ以外に本発明ではポリエチレンのＭＦＲ、引っ張り破壊強さ、ピカット軟化点温度、硬さ、分子量分布を特定して操業を行なうが、これ等の特定範囲は厚さが０．６〜３．０ｍｍの従来のポリエチレン被膜を形成する従来の操業範囲と同じであり、地下に埋設し長期間に亘り使用を継続することのできるポリエチレン被覆鋼管としての性能を確保するため必要な操業上の特定である。
【００２０】
本発明ではクロメート層、エポキシ樹脂プライマー層、変成ポリエチレン接着剤層を予め鋼管に形成し、その後本発明により厚さ４．７ｍｍ〜７．２ｍｍの厚膜被覆を形成する事もできる。この際の被覆鋼管は落雷による電撃発生に耐えると共に、極めて強い耐食性を有する。従って、腐食性の強い落雷多発領域においても損壊し難く、長期間に亘って使用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、ポリエチレンの被覆厚さが４．７ｍｍ〜７．２ｍｍの厚膜被覆鋼管を安定に製造することができる。尚本発明の方法による厚膜被覆鋼管は被覆厚さの変動が小さく、且つ被覆層の表面に皺状疵がない。本発明の厚膜被覆鋼管は落雷によっても損壊し難く、従って落雷の多い領域に埋設しても長期間に亘って使用することができる。またクロメート層とエポキシ樹脂プライマー層と変成ポリエチレン層を更に配した本発明の厚膜被覆鋼管は更に耐食性にも優れている。尚従来は被覆鋼管を落雷による被害から守るために、金網等のシールド材を被覆鋼管を覆って埋設していたが、埋設に際しての土砂の取り扱い量が多く煩瑣な作業等であったが、本発明によりシールド材の埋設が不要になったために、埋設作業は大幅に簡易化された。
【図面の簡単な説明】
【図１】は鋼管の外面にポリエチレンを被覆する際に用いるクロスヘッドダイの説明図。
【符号の説明】
１：鋼管、 ２：クロスヘッドダイに設けられた内孔、 ３：マニホールド、４：溶融ポリエチレン、 ５：リング状吐出孔、 Ｄ₀：鋼管の外径、 Ｄ₁：吐出孔のリングの内径、 ｈ：吐出孔の肉厚（リップ）、 Ｖ₀：鋼管の通材速度、 Ｖ₁：溶融ポリエチレンの吐出速度。

Claims (3)

1. 鋼管をＶ_０ｍ／分で通過させ出側で該鋼管の外周を囲むリング状吐出孔から加熱溶融したポリエチレンをＶ_１ｍ／分で該鋼管の外面に吐出するクロスヘッドダイを用いて、密度が０．９３７〜０．９６５ｇ／cm^３で、２３０℃での溶融張力が１．５ｇ以上〜２．５ｇ以下で、ＭＦＲが０．１５〜０．３２で、ビカット軟化点温度が８５℃以上で、引張り強さが２．１６ＫＮ以上で、硬さがデュロメーターで５５〜７０で、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが２０〜３０であるポリエチレンを２００〜２５０℃に加熱溶融し、これを、リング状吐出孔のリングの内径Ｄ_１を該鋼管の外径Ｄ_０に対してＤ_１／Ｄ_０＝１．１〜１．５にし、かつリップｈ（リング状吐出孔のリングの外径−Ｄ_１）＝１０〜１３ｍｍにしたクロスヘッドダイのリング状吐出孔から、通過する１００〜１８０℃の外径が１５〜６００ｍｍの該鋼管の外面に、ドローダウンレイシオＶ_０／Ｖ_１＝２．３〜３．７で吐出し、厚さが４．７〜７．２ｍｍのポリエチレン被膜を形成することを特徴とするポリエチレン厚膜被覆鋼管の製造方法。
2. クロメート層、エポキシ樹脂系プライマー、変成ポリエチレン層を順次形成させた鋼管に、請求項１の被覆方法で厚み４．７〜７．２ｍｍのポリエチレン被膜を形成させたポリエチレン厚膜被覆鋼管。
3. 用途が落雷による電撃発生領域に埋設して使用する請求項２に記載のポリエチレン厚膜被覆鋼管。

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