JP4246999B2 - 保護されたプラスチックパイプおよび該パイプの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、使用時および取扱い時の諸性質の劣化から保護された多層プラスチックパイプに関する。
大直径パイプのような高機械的応力に耐えなければならないパイプおよび/または高内部圧力を受けるパイプは、延性を有する鋳鉄から経済的に製造し得る。しかしながら、多くの場合、プラスチックパイプの方が、はるかに軽量であり且つ顕著な耐腐食性を示すことから、鋳鉄よりも優先されている。
鋳鉄同様に高機械的応力に耐えるためには、通常のプラスチックパイプは、厚目の壁厚を有さなければならず、それがパイプのコストを増大させ、延性鋳鉄パイプと比較してプラスチックパイプを競争力の低いものにしている。
さらにまた、プラスチックパイプは、多くの場合、長期の応力下では低い耐クリープ性を有する。しかしながら、あるタイプの用途においては、これらのパイプの強度、例えば、破裂強度が、場合によっては数10年間にも及び得る長期の使用後に低下しないことが極めて重要である。
幾つかの試みがこの問題を解決するために行われている。第１の試みは、プラスチックをパイプの軸に対して水平および垂直方向に二軸配向させたパイプを製造することからなる。しかしながら、二軸配向操作は、押出によって予備加工したパイプにおいてのみしか実施できず、その加工はバッチ方法となりそのコストを増大させている。さらにまた、上記材料の二軸配向をカップラー手段の取付け中に維持するためには、多くの特別なカップラーの使用と関連して、とりわけ注意を払わなければならない。さらにまた、この方法を使用して得られる補強は長さ方向においては最も有効であるが、幾つかの用途、例えば、加圧流体の輸送における最大応力を示す半径方向力に対する耐性問題については極めて部分的にしか解決されない。今までのところ、二軸配向加工を連続にするための努力は、技術的な制約および得られる強度の依然として不十分な増大と対比しての必然的に伴う実質的なコスト負担の故に、いまだ十分には結実していない。
もう１つの試みは、例えば、熱可塑性または熱硬化性樹脂を含浸させた繊維(例えば、ガラス繊維)の連続巻付け(COFITS)のような補強材をプラスチックパイプ上に存在させることである。しかしながら、この試みは、これらの巻付けが一般に脆くて且つ得られる補強パイプの密度とそのコストを大いに増大させるので、いずれにしろ欠点がないものではない。さらに、これら補強材の有効性は経時的に常に一定ではなく、さらに、パイプのポリマー中への外来物質の混入は分離が困難であるので、寿命終了時にパイプをリサイクルするのが、多くの場合難しい。
また、各種材料(板材、紙、ゴム、木材またはプラスチック)製の支持体を配向型ポリオレフィンテープによって補強する方式も開示されている(特許文献１参照)。しかしながら、得られた補強パイプは、例えば、パイプにカップラーを固定するのに使用する接着剤組成物中で見出される溶媒のような有機溶媒を含む環境において十分な耐性を有していない。しかも、高温においてパイプが費やす時間は、補強用テープの配向の保持に対して有害であり、従って、パイプの良好な機械強度の持続性に対して有害である。
米国特許第4,093,004号
本発明の目的は、製造コストを許容し得且つ延性鋳鉄パイプと拮抗し得る限界内に維持しながら、上述の公知の補強方式における問題を解決することである。
この目的において、本発明は、使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護され、高分子組成物をベースとする管状支持体から形成された多層プラスチックパイプであって、前記管状支持体が、各々が未配向高分子組成物を含む２つの保護層によって保護され、そのうちの第１保護層が下層である補強層の高分子組成物と相溶性であり、第２保護層が仕上げコートとしても機能する外側層であり、
前記管状支持体が未配向構造の高分子組成物を含み、且つ配向高分子組成物を含む少なくとも２層の補強用テープから形成された前記補強層を前記管状支持体と前記第１保護層間に存在させた多層プラスチックパイプの製造方法に関する。
本発明は、多層プラスチックパイプ、即ち、少なくとも上記第１，第２の各保護層で被覆された管状支持体から形成され、その最外層が連続表面層を形成しているパイプの製造方法に関する。
上記管状支持体は、チューブ形状の中空体である。上記管状支持体は、少なくとも１部が高分子組成物からなる。
用語“高分子組成物”は、合成樹脂から調製したポリマーをベースとする少なくとも１種のプラスチックを含む任意の材料を意味するものと理解されたい。
すべてのタイプのプラスチックが適し得る。きわめて適切なプラスチック類は、熱可塑性プラスチックのカテゴリーに属する。
用語“熱可塑性”は、熱可塑性エラストマー類およびそのブレンドを含む任意の熱可塑性ポリマーを意味する。用語“ポリマー”は、ホモポリマーおよびコポリマー(とりわけ、２成分または３成分コポリマー)を意味する。そのようなコポリマーの例は、限定するものではないが、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーおよびグラフトコポリマーである。
溶融点が分解温度よりも低い任意のタイプの熱可塑性ポリマーまたはコポリマーが適している。少なくとも10℃に亘る溶融範囲幅を有する合成熱可塑性プラスチックが特に適している。
そのような材料の例としては、その分子量において多分散性を示す材料がある。
とりわけ、ポリオレフィン類、ポリハロゲン化ビニル類、熱可塑性ポリエステル類、ポリケトン類、ポリアミド類およびこれらのコポリマー類を使用し得る。ポリマーまたはコポリマーのブレンドも、高分子材料と、例えば、限定するものではないが、炭素、塩類および他の無機誘導体、ガラス繊維、天然無機繊維または高分子繊維のような無機、有機および/または天然充填剤との混合物と同様に、使用し得る。上述のポリマーまたはコポリマーの少なくとも1種を含む、一緒に結合させた積重ね層からなる多層構造体の使用も可能である。
頻繁に使用されるポリマーは、ポリ塩化ビニルおよび高密度ポリエチレンである。優れた結果は、ポリ塩化ビニルによって得られている。
“劣化から保護された”なる表現は、多層プラスチックパイプの環境条件下における強度能力が、これらの条件に耐えるのにとりわけ適する材料の少なくとも１つの層によるパイプ（管状支持体）の囲い込みによって増強されていることを意味するものと理解されたい。
保護されていないパイプの諸特性の維持に対して有害であり得る環境条件の例としては、高温および有機溶媒の存在を挙げることができる。
上記第１，第２保護層は、とりわけ、環境条件下における多層プラスチックパイプの強度能力を増大させる上述の各特定の層である。
これらの第１，第２保護層は、各々、未配向構造の高分子組成物、即ち、ポリマーとして、その分子鎖が何ら特別の配向を有していないポリマーのみを含む組成物を含む。
本発明によれば、第１保護層は、下層である補強層の高分子組成物と相溶性である。用語“相溶性”は、上記第１保護層を構成する高分子組成物が上記補強層の高分子組成物に対して化学的見地から不活性であり、且つ第１保護層の物質的組成が、溶融状態において、上記補強層の高分子組成物中に分離現象を生ずることなく容易に混入するようであることを意味する。この相溶性は、層対層の容易な接着も暗示している。
上記第１保護層に適している高分子組成物の例は、ポリハロゲン化ビニル類およびポリオレフィン類を含む組成物である。ポリ塩化ビニルが優れた結果を与えている。
上記第２保護層は、仕上げコート、即ち、多層プラスチックパイプの外側寸法並びに多層プラスチックパイプ表面の性質および仕上げを決定する外側層である。第２保護層は、上記第１保護層の組成と同一または異なる組成を有し得る。とりわけ、第２保護層は、第１保護層の材料と同じ高分子材料から製造し得る。ポリ塩化ビニルも、この第２保護層の組成物に良好な結果を与える。
本発明によって製造される多層プラスチックパイプは、管状支持体が配向高分子組成物を含まず、前述のように配向高分子組成物を含む少なくとも２層の補強用テープからなる補強層を上記管状支持体と上記第１保護層間に存在させた多層プラスチックパイプである。本発明のこの態様によれば、有効な補強性を有する多層プラスチックパイプを提供するのは、上記補強用テープの高分子組成物の配向特性である。
用語“補強されたパイプ”とは、パイプを構成する管状支持体の基材組成物の固有の機械特性がこの基材と異なる追加の材料組成物の存在によって改変されており、その存在によって、機械的強度が増大されているパイプを意味するものと理解されたい。管状支持体の基材組成物は、補強パイプの総質量の少なくとも40質量%を示す高分子組成物である。基材高分子組成物は、上記管状支持体において見出される組成物である。追加の材料組成物は、上記補強層の組成物によって形成される。
“配向高分子組成物”なる表現は、この場合、その高分子組成物が少なくとも1種の配向ポリマーを含むことを意味する。
上記補強層は、単一の配向高分子組成物を含み得る。また、上記補強層は、数種の高分子組成物および任意成分としての非高分子添加剤のブレンドも含み得、そのポリマーの少なくとも1種は配向型である。そのポリマーは、上記補強用テープ中に配向形で存在し得る、即ち、その構成分子鎖の少なくとも20質量%が同じ方向で存在する任意の熱可塑性ポリマーであり得る。好ましくは、配向方向は、上記補強用テープの長さ方向である。それ自体で良好にその分子鎖が配向する性向を有する任意の熱可塑性ポリマーを上記配向ポリマーとして選択し得る。一般に、圧力に耐えなければならないパイプを製造するのに一般的に使用されているポリマーの性質と同じ性質の配向ポリマーを使用する。高密度ポリエチレン(HDPE)製の管状支持体の場合におけるそのようなポリマーの有利な例は、限定するものではないが、マルチモードHDPE樹脂および架橋性樹脂である。
上記２つの層の補強用テープは、上記管状支持体の周りに、補強層の第２層が管状支持体の周りの補強層の第１層を完全に被覆するような方法で巻付ける。
パイプ（管状支持体）を配向テープによって補強する場合、有利な別の態様は、上記管状支持体に接着結合されている、即ち、普通の適切な種類の接着剤によって管状支持体に固定されている上記第１層の補強用テープからなる。
また、上記補強層の各層もさらに互いに結合して多層プラスチックパイプ全体の最大の結合性を与えるようにするのがとりわけ有利である。
上述の場合のすべてにおいて、多層プラスチックパイプの有利な実施態様は、多層プラスチックパイプの第１保護層がパイプ（管状支持体）の周りに巻付けた未配向テープの少なくとも１つの層によって形成されていることである。
上述の多層プラスチックパイプの態様において、１つの有利な実施態様は、上記第１保護層が下層である補強層の高分子組成物に結合されている態様である。
本発明は、上記に説明した多層プラスチックパイプの製造方法に関し、
ａ）配向高分子組成物を含み、且つ、前記補強層となる前記補強用テープの１面に、熱活性型ポリマー接着剤を予備コーティングし；
ｂ）前記工程ａ）で予備コーティングされた前記補強用テープから成る少なくとも２層によって形成される前記補強層を、未配向高分子組成物をベースとする前記管状支持体に、前記補強用テープにより形成される第１層を、前記補強用テープにより形成される第２層が完全に覆うように，且つ、一方の特定の層の補強用テープが、隣接の層の補強用テープに対し、前記管状支持体の軸に対して同様な角度であるが逆の方向の角度をなすような方法で前記補強用テープを巻付けることによって形成し；
ｃ）第１の保護層を、下層である補強層の高分子組成物と相溶性の未配向高分子組成物の少なくとも1つの厚さのテープを巻付けることによって施し；そして、
ｄ）前記補強層の接着剤を、前記多層プラスチックパイプの製造中に製造過程にあるパイプに赤外線を照射することによって活性化させ；そして、
ｅ）その後、未配向高分子組成物を含む第２保護層を上塗り押出(overextrusion)によって施して、外側仕上げコートを形成させる；
ことを特徴とする使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護された多層プラスチックパイプの製造方法にも関する。
多層プラスチックパイプにおいて上記で定義した特定の用語は、本発明による多層プラスチックパイプの製造方法に関しても同じ意味を有する。
上記第２保護層は、それ自体周知の任意の上塗り押出法、とりわけプラスチックパイプ製造工業において使用する上塗り押出法を使用する上塗り押出によって形成し得る。これらの方法の1つの例は、第１保護層が形成された管状支持体がその中央を通る中空環形状のダイの使用であり、このダイは、制御された量の高分子組成物を第１保護層周囲の周りに均一且つ連続的に付着させるのを可能にする。
また、上記の方法において、“同様な角度”なる表現は、同じ角度からせいぜい５度を差し引いた角度に等しい角度を意味する。また、“同様な角度”なる表現は、同じ角度にせいぜい５度をプラスした角度に等しい角度も包含する。好ましくは、この表現は、同じ角度からせいぜい２度を差し引いた角度に等しい角度を意味する。また、好ましくは、この表現は、同じ角度にせいぜい２度をプラスした角度に等しい角度も包含する。
保護され、補強された上記多層プラスチックパイプの製造方法においては、上記のように補強用テープを接着剤で予備コーティングすることがとりわけ有利である。
上記の予備コーティング操作は、補強用テープの取り付け直前、あるいは多層プラスチックパイプ製造前の別の時点において実施し得る。さらに、この操作は、補強用テープの１面または両面に実施し得る。好ましいのは、１面に実施することである。
この方法は、有利なことに、上記補強用テープを事前に加熱することなく取り付け、次いで、上記第１保護層を通る赤外線によって放射された熱の流れを容易に制御してその熱が補強用テープの高分子組成物の配向を破壊しないようにするのを可能とする。
変更例として、上記補強用テープの接着剤は、補強用テープによる各補強層の形成後の別個の数工程において、上記多層プラスチックパイプの製造中に赤外線を製造過程のパイプに連続照射することによっても活性化し得る。
また、この接着剤は、補強用テープの１群の複数の層を形成した後の別個の数工程において活性化させることも可能である。
上記保護層の少なくとも１つは、上記補強層に接着剤により結合させることもできる。この接着剤は、例えば、赤外線照射によって活性化し得る。
以下の実施例は、本発明を例示する目的で示すものであり、如何なる形においても本発明の範囲を限定するものではない。
配向ポリ塩化ビニル(PVC)の360 mm幅の補強用テープを、未配向SOLVINR 266RC PVCの400 mmフィルムを延伸比率４００%で実験室カレンダーにより延伸することによって製造した。延伸後、この補強用テープは、４００μmの厚さ、5 GPaの弾性率および175 MPaの引張り強度を有していた。
次に、この補強用テープのストリップを、１面のみ、LUPHENR D200Aブランドの加熱活性型水溶性ポリマー接着剤で予備コーティングした。
この予備コーティングした補強用テープを、50 mmの外径、外径/壁厚比 34、およびその耐圧性の点で通常の品質(公称許容圧力 0.75 MPa)を有するPOLVAR PVC製のパイプ（管状支持体）の周りに巻付けた。巻付けは、上記パイプの軸に対して55°の角度で各々交差した２つの層を形成させるように実施した。その後、パイプの周りに巻付けた補強用テープの外表面を5秒間75℃に加熱した。
第１保護層形成のため、その後、得られたパイプを、前以って添加剤を添加したSOLVINR 266RC PVCのさらなる層で、400μm厚の未配向テープがパイプを完全に被覆する形で被覆し、LUPHENR D200A接着剤で予備コーティングした。この添加剤は、カルボン酸塩タイプの錫安定剤(PVCに対し3質量%)、加工助剤(1質量%のポリメチルメタクリレート)、およびステアリン酸カルシウム、パラフィンワックスおよび酸化ポリエチレンワックスの混合物からなる潤滑剤(1質量%)の混合物からなっていた。その後、接着剤を上記配向テープ（補強用テープ）の場合において説明したのと同じ条件下に活性化させた。
第２保護層形成のため、次に、得られたパイプを、上述した添加剤と同じ添加剤を添加したSOLVINR 266RC PVC(厚さ300μmのパイプにおいて通常使用する等級)から調製した仕上げコートで、パイプを環状ダイに、次いでサイジング装置に、さらに室温の水を満たした冷却タンクに通すことによって被覆した。
破裂圧力測定を、保護も補強もされていない、従って、本発明に従わないPOLVAR PVC製の比較例のパイプ、および本発明に従って補強され保護された多層プラスチックパイプにおいて、ISO 9080規格に従い実施し、下記の結果を得た：
Figure 0004246999
本発明に従う各多層プラスチックパイプは、補強されていないパイプよりも実質的に良好な破裂圧力を有することが理解し得る。通常のパイプに対比して、約25質量%の材料の節約さえも、破裂強度の15%の増大にもかかわらず可能である(保護され補強されたPOLVARパイプ、3.2 mm厚)。

Claims (2)

  1. 使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護され、高分子組成物をベースとする管状支持体から形成された多層プラスチックパイプであって、前記管状支持体が、各々が未配向高分子組成物を含む２つの保護層によって保護され、そのうちの第１保護層が下層である補強層の高分子組成物と相溶性であり、第２保護層が仕上げコートとしても機能する外側層であり、前記管状支持体が未配向構造の高分子組成物を含み、且つ配向高分子組成物を含む少なくとも２層の補強用テープから形成された前記補強層を前記管状支持体と前記第１保護層間に存在させた多層プラスチックパイプの製造方法において、
    ａ）前記配向高分子組成物を含み、且つ、前記補強層となる前記補強用テープの１面に、熱活性型ポリマー接着剤を予備コーティングし；
    ｂ）前記工程ａ）で予備コーティングされた前記補強用テープから成る少なくとも２層によって形成される前記補強層を、未配向高分子組成物をベースとする前記管状支持体に、前記補強用テープにより形成される第１層を、前記補強用テープにより形成される第２層が完全に覆うように、且つ、一方の特定の層の補強用テープが、隣接の層の補強用テープに対し、前記管状支持体の軸に対して同様な角度であるが逆の方向の角度をなすような方法で前記補強用テープを巻付けることによって形成し；
    ｃ）前記第１保護層を形成し；
    ｄ）前記補強層の接着剤を、前記多層プラスチックパイプの製造中に製造過程にあるパイプに赤外線を照射することによって活性化させ；そして、
    ｅ）前記第２保護層を外側仕上げコートとして形成する；
    作業を順次行うことを特徴とする多層プラスチックパイプの製造方法。
  2. 使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護され、高分子組成物をベースとする管状支持体から形成された多層プラスチックパイプであって、前記管状支持体が、各々が未配向高分子組成物を含む２つの保護層によって保護され、そのうちの第１保護層が下層である補強層の高分子組成物と相溶性であり、第２保護層が仕上げコートとしても機能する外側層であり、前記管状支持体が未配向構造の高分子組成物を含み、且つ配向高分子組成物を含む少なくとも２層の補強用テープから形成された前記補強層を前記管状支持体と前記第１保護層間に存在させた多層プラスチックパイプの製造方法において、
    ａ）前記配向高分子組成物を含み、且つ、前記補強層となる前記補強用テープに、熱活性型ポリマー接着剤を予備コーティングし；
    ｂ）前記補強用テープを、一方の特定の層の補強用テープが、隣接の層の補強用テープに対し、前記管状支持体の軸に対して同様な角度であるが逆の方向の角度をなすような方法で前記補強用テープを巻付けることによって取り付けると共に、同時に、前記予備コーティングされた接着剤を、別個の数工程で、各テープ層またはこれらテープの１連の複数の連続層を形成した後に、前記多層プラスチックパイプの製造中に製造過程にあるパイプに赤外線を連続照射することにより活性化させ；
    ｃ）前記第１保護層を形成し；
    ｄ）前記第２保護層を外側仕上げコートとして形成する；
    作業を順次行うことを特徴とする多層プラスチックパイプの製造方法。
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