JP4382941B2 - 複合管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高剛性（低たわみ）が要求される複合管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水やガスといった媒体を輸送するためのライニング管には、鋼管もしくは硬質ポリ塩化ビニル管やポリエチレン管といった樹脂管が用いられてきた。鋼管は高剛性を有するが、管自体の重量が重いため、高強度（大重量）の吊り具を用いる、もしくは多数の吊り具を必要とした。また、鋼管は耐震性に乏しい、錆の発生や腐食といった欠点も有している。このため、最近では硬質ポリ塩化ビニル管やポリエチレン管などの合成樹脂管が用いられることが多い。
【０００３】
しかしながら、合成樹脂管は材料の弾性率が低いため、長手方向の自重たわみが大きく、たとえば吊り下げ配管などの場合、吊り具の間隔を小さくする必要があった。この様なことから、各々の長所短所を補填する構造のパイプとして内層を合成樹脂で形成すると共に外層面を金属管で形成した複合管や積層管が使用されている。この様な内面ライニング鋼管としては塩ビライニング鋼管、ポリエチレンライニング鋼管、エポキシライニング鋼管等が知られている。
【０００４】
その一例として、特開昭５９−１６５７５１号公報記載にみられるような合成樹脂管の外周面を金属薄板を巻き付け、その合わせ目を溶接して管体を製造する方法が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら内面ライニング鋼管は、内面である合成樹脂管と外面である鋼管との熱膨張差が大きく、パイプ内面と外面とで温度差が大きいとその界面が剥がれる危険がある。その界面が剥がれることにより、鋼管が腐食される問題がある。また、外面が鋼管であるため可撓性が損なわれることも懸念される。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消することにあり、高強度を有する補強層による合成樹脂管から構成される複合管とすることにより高強度であり、低たわみ性を有していながら、長期使用にも腐食することがなく、又、熱膨張率の差による補強層の剥がれ等がないプラスチック複合管を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、合成樹脂からなる管状の内層と、該内層の外周面に積層された延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層とから構成され、補強層である延伸ポリオレフィン系樹脂シートの延伸方向と、前記内層管の軸方向とが同一であることを特徴とする複合管である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合管において、延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層の外周面に、さらに、合成樹脂からなる外層管が積層されてなる複合管である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、上記合成樹脂からなる管状の各層がポリオレフィン系樹脂からなるものである請求項１、又は２記載の複合管である。
【００１０】
先ず、本発明の複強管の補強層に用いる延伸ポリオレフィン系樹脂シートについて説明する。延伸ポリオレフィン系樹脂シートとは、一軸方向に延伸されたポリオレフィン系樹脂を主成分とするシートを意味する。
【００１１】
上記ポリオレフィン系樹脂は、特に限定されるものではないが、例えば、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ホモポリプロピレン、プロピレンランダム共重合体、プロピレンブロック共重合体、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）等が挙げられる。
上記ポリオレフィン系樹脂の内、結晶性の高い高密度ポリエチレンが延伸後の弾性率が高く補強層として好適に用いられる。
【００１２】
延伸ポリオレフィン系樹脂シートの耐熱性やクリープ性能等を向上させる点で、上記ポリオレフィン系樹脂の分子鎖を架橋させることが好ましく、特に、後述する内層管用樹脂にクリープ性能の低いポリオレフィン系樹脂を使用する場合には好ましい。上記架橋させる手段としては、ポリオレフィン系樹脂に架橋剤や架橋助剤等を添加し、紫外線を照射する方法が挙げられる。このような架橋工程は、後述する延伸工程と同時に、もしくは延伸工程に引き続いて行えば良い。
【００１３】
上記架橋剤としては例えば、ベンゾフェノン、チオキサントン、アセトフェノン等の光重合開始剤が挙げられ又、架橋助剤としては例えば、トリアリルシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジアリルフタレート等の多官能性モノマー等が挙げられる。
【００１４】
さらに、上記ポリオレフィン系樹脂には、必要に応じて結晶化度を向上させる目的で炭酸カルシウム、酸化チタン等の結晶核剤；滑剤、充填剤、顔料、異種のポリオレフィン系樹脂、低分子量ポリオレフィンワックス等が添加されても良い。
【００１５】
本発明に用いられる延伸ポリオレフィン系樹脂シートは、シート状に加工されたポリオレフィン系樹脂シート（以下、原反シートという）を延伸して得られる。延伸方向は強度を一定方向に向上させるという点で一軸方向への延伸が好ましい。この原反シートの作成手段は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｔダイ法による溶融押出成形、カレンダー法によるロール成形等が挙げられる。
【００１６】
上記原反シートを延伸する手段は、特に限定されるものではないが、例えば、加熱された原反シートを、速度の異なるロール間で延伸する方法、互いに異なる方向に回転するロール間に加熱された原反シートを挟み込み、厚みを減少させながら伸長させる所謂、圧延方法等が挙げられる。
これらの方法は、単一回のみで延伸されても良いが、２回以上段階的に繰り返して延伸されても良い。また、上記延伸工程を２回以上実施する場合、複数の延伸方法の組合せで実施されても良い。特に、比較的厚い原反シートを延伸する場合には、一旦、上記圧延を行った後、延伸を行うことが好ましい。
【００１７】
原反シートの厚みは特に限定されるものではないが、好ましくは０．５〜１５ｍｍ程度である。原反シートの厚さが０．５ｍｍ未満では、延伸された後のポリオレフィン系樹脂シートの厚さが薄くなり過ぎるため、次工程の積層作業などにおける取扱性が低下し、１５ｍｍを超えると、延伸工程の負荷が大きくなり過ぎるため延伸装置が大きくなり、また延伸作業が難しくなる恐れがある。
【００１８】
延伸ポリオレフィン系樹脂シートの延伸倍率は、用いられる結晶性ポリオレフィン系樹脂の性状によって必要延伸倍率が決定されるものであり、特に限定されるものではないが、好ましくは１０倍以上、より好ましくは２０倍である。
延伸ポリオレフィン系樹脂シートの延伸倍率が１０倍未満であると、必要強度や弾性率が得られにくくなる。
上記原反シートから得られる延伸ポリオレフィン系樹脂シートの厚さは、５０〜１０００μｍが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍである。
５０μｍ未満では次工程の積層枚数が増加し、生産性が低下し、１０００μｍを越えると延伸後、シート状のものを巻き取る際に割れてしまう恐れがある。
【００１９】
延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層の幅は、複合管の口径、巻回角度、後述の巻回方法によって適宜選択されるものであり特に限定されるものではない。例えば、比較的幅の狭い補強層を用いる場合は、一旦、幅広のシートを作成後、所望の幅にスリットして用いれば良い。
【００２０】
上記延伸ポリオレフィン系樹脂シートは、必要に応じて、内外層管との接着性を向上する目的で、物理的もしくは化学的手段による表面処理が施されても良い。上記表面処理には、例えば、サンドブラスト等による物理的手段や、表面部分の局所的加熱手段により、シート表面に微細な凹凸を形成する方法が挙げられる。又、他の方法としては、延伸ポリオレフィン系樹脂シート表面に予め接着用シートをラミネートし、接着性を付与する方法が挙げられる。この接着用シートとしては、直鎖状低密度ポリエチレン、変性ポリエチレン、エチレンー酢酸ビニル共重合体等がある。
【００２１】
本発明の複合管は、合成樹脂からなる内層管を用い、上記延伸ポリオレフィン系樹脂シートを補強層として用い、この補強層を上記内層管の外周面に積層させてなるものである。この際、延伸ポリオレフィン系樹脂シートの延伸方向と、内層管の軸方向とが同一とする。即ち、ポリオレフィン系樹脂シートの延伸方向が、管の長手（軸）方向に沿って、ずれ角度が、０度、もしくは略それに近い数値であることを意味するものであるが、上記延伸方向が管の軸方向から若干ずれていても実質上、本発明の目的を達成するものであれば良い。
【００２２】
上記内層管は、合成樹脂からなり、輸送媒体を通過させるためのものである。従って、合成樹脂の種類は、輸送媒体の種類によって適宜選択され、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、各種ゴム、ポリオレフィン系エラストマー等が挙げられるが、製造時に発生する複合管の破片や使用済み複合管のリサイクル等の点からポリオレフィン系樹脂が好ましい。また、内層管の肉厚については、輸送媒体の種類や、使用内圧もしくは用途によって適宜選択される。上記内層管を得る方法としては、通常のパイプやホースの製造等で行われる一般的な押出成形が挙げられる。
【００２３】
上記補強層は、隙間なく内層管上に積層されていることが好ましい。複合管の断面形状外周と同じシート幅にすることにより、積層を隙間なく行うことが可能であるが、若干の隙間がある状態で積層されていても良い。また、複数の補強層を用いて積層されていてもよい。この際、シ−ト幅は内層管の外周の１／４以上である方が補強効果の点で好ましい。又、補強層の枚数は、シートの厚みや延伸倍率、複合管に要求される性能によって、適宜選択されるが、各々異なる延伸倍率や厚みの補強層を用いても良い。
【００２４】
本発明の複合管には、上述の内層管および補強層を外力から保護するために、補強層の外周面にさらに、合成樹脂からなる外層管が設けられても良い。
上記外層管に用いられる樹脂は、用途、使用状況などによって適宜選択され、内層管に用いられるものと同様の合成樹脂の他、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等も使用出来る。内層管に用いる合成樹脂と外層管に用いる合成樹脂は同じものであっても良いし、異なるものでも良いが、製造時に発生する複合管の破片や使用済み複合管のリサイクル等の点で内層管と同様、ポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。
【００２５】
外層管の肉厚も、内層管と同様、用途、使用状況等によって適宜選択されるがまた、内外層管と補強層とは、複合管に内圧もしくは外力が負荷された際に、複合管の変形をなるべく小さく保ちながら高い内圧強度が得られるという点で、内外層管に用いられる合成樹脂は、補強層との接着性を有するものが好ましい。
【００２６】
複合管の断面形状は、特に制限されないが、重量に対する内圧強度、外力強度の効率がよい、円形断面や、角（コーナー部）にＲを設けた略正方形断面のものが好ましい。複雑な断面形状では、補強層の積層が困難となる。
【００２７】
本発明の複合管の製造方法としては例えば、内層管を前工程で製造しておき、補強層を、内層管の表面に積層する方法が挙げられる。又、上記補強層を内層管の軸方向に配置する方法としては、例えば、管の軸方向に設置された補強層繰出し装置から補強層を繰出し、内層管の外周面に沿わせる方法が挙げられる。
【００２８】
又、補強層を内層管上に固定させる方法としては、例えば、補強層のシートを内層管の外周面に配置後、該内層管の軟化点以上溶融点以下に加熱し熱融着する方法が挙げられる。この際、加圧することが好ましいが、その方法として、管外面もしくは内面から圧力を付与する方法、シートの収縮を利用する方法等が挙げられる。管外面から加圧する方法としては、シートを内層管の外周面に配置後、加熱しながらロール等でシートを内層管表面に押付ける方法や中空状の金型を通過させる際に金型内面に接触させる方法が挙げられる。又、内層管の内面から加圧する方法としては、シートを内層管の外周面に配置後、内層管の弾性範囲内で、エアやマンドレルで内層管を拡径させる方法が挙げられる。
さらに、補強層に外層管を被覆する方法としては、押出機と被覆金型を用いて押出被覆する方法や、予めシート状もしくはチューブ状の外層管を成形しておき、加熱圧着させる方法が挙げられる。
【００２９】
（作 用）
本発明の複合管は、叙上の如く、合成樹脂からなる内層管と、内層管の外周面に積層された延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層とから構成され、補強層の延伸ポリオレフィン系樹脂シートの延伸方向と、内層管の軸方向とが、同一方向とすることで、補強層によって管全体の曲げ弾性率が高くなり低たわみ性の複合管が得られる。
さらに、補強層の上に合成樹脂からなる外層管を積層させることにより外力から複合管を保護すると共に、一層、管全体の弾性率が大きくなり低たわみ複合管が得られる。さらに、内層管、または内層および外層管を構成する樹脂をポリオレフィン系樹脂とすることで、延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層とが親和性を有するため高接着強度が得られる。しかも複合管としてリサイクル性も高まることになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施例で具体的に説明する。
（実施例１）
補強層（延伸シート）の製造
ポリオレフィンとして、高密度ポリエチレン（融点１３５℃、ＭＩ＝１ｇ／１０分；日本ポリケム社製、商品名「ノバテックＨＤ ＨＹ５４０」）を用い、２軸押出機にて２００℃で混練しつつ、トリアリルシアヌレート、ベンゾフェノンを、高密度ポリエチレン１００重量部に対してそれぞれ３部づつ供給して均一に練り込んだ。その後、Ｔダイより押出すことにより、肉厚３ｍｍのポリオレフィンシート（以下、原反シート）を得た。
上記原反シートを、速度１ｍ／分で繰り出し、１２０℃の加熱炉内を通過させ、速度３０ｍ／分で引き取り、延伸倍率３０倍、厚み０．１５ｍｍの延伸ポリオレフィンシートを得た。繰出しと引取りはピンチロールで行った。
【００３１】
次いで、延伸ポリオレフィンシートに高圧水銀灯照射を１０秒間行い、架橋を処理を行った。その後、延伸ポリオレフィンシートを、ライン速度を２０ｍ／分で、一方を２００℃、他方を５０℃に温調した二対のピンチロールに、両面が交互に２００℃のロールに接触するように挟み込みながら通過させ、延伸ポリオレフィンシート両面の粗面化を行った。この延伸ポリオレフィンシート表面の凹凸を表面形状測定器（日本真空技術社製、商品名「Ｄｅｋｔａｋ−３０３」）で、測定したところ、中心線表面粗さＲａは２μｍであった。
【００３２】
延伸ポリオレフィンシートを内層に接着するため、接着用シートを延伸ポリオレフィンシートの片面にラミネートした。尚、接着用シートには、直鎖状低密度ポリエチレン（融点１２３℃、ＭＩ＝０．８ｇ／１０分）を、インフレーション成形で厚み０．０２５ｍｍに製造したものを用いた。この接着用シートを連続的に延伸ポリオレフィンシートにラミネートし、接着性延伸ポリオレフィンシート（補強層用シート）を得た。
【００３３】
複合管の製造
図１に、請求項１記載発明の複合管を製造するための製造装置を示す。
図１において、１１は単軸押出機、１２はその先端の押出金型、１３は冷却金型、１４は補強層繰出し装置、１５は熱風炉、１６は冷却水槽、１７は引取機である。
【００３４】
上記構成の複合管製造装置において、高密度ポリエチレン（融点１３５℃、ＭＩ＝０．５ｇ／１０分；旭化成社製、商品名「サンテック−ＨＤ ＱＢ７８０」）を単軸押出機１１に供給し、押出機バレル温度、金型温度共に２００℃の条件で押出し、先端の押出金型１２および冷却金型１３を用いて、同樹脂を外径６０ｍｍ、肉厚３ｍｍの内層管に賦形した。
次いで、上記補強層用シートを幅９０ｍｍにスリットしてなる４本の補強層用シートを、補強層繰出し装置１４を用いて、内層管の軸と同一方向に２層巻回した。この時、接着シートをラミネートした面が内層管の外周と接着するように巻回した。次いで、この補強層用シートを巻回した樹脂管を熱風炉１５に通過させることにより、表面温度１３０℃に加熱した後、冷却水槽１６で冷却することにより複合管を得た。
【００３５】
図２に、上記方法により得られた請求項１記載発明の複合管を示す。内層管の軸と同一方向に、ほぼ隙間なく、補強層シートが巻回された複合管が得られた。図２において、１８は内層管、１９は補強層である。
【００３６】
（比較例１）
実施例１で内層管として賦形した、外径６０ｍｍ、肉厚３ｍｍの高密度ポリエチレン管を比較として用いた。
【００３７】
（比較例２）
実施例１で内層管として賦形した、外径６０ｍｍ、肉厚３ｍｍの高密度ポリエチレン管の外周面に管の軸方向と５６℃をなす角度で巻回した複合管を用意した。
【００３８】
（実施例２）
複合高圧管の製造
図３に、請求項２記載発明の複合管を製造するための製造装置を示す。
図３において、２０は単軸押出機、２１はその先端の押出金型、２２は冷却金型、２３は補強層繰出し装置、２４は熱風炉、２５は後流単軸押出機、２６はその先端の押出被覆金型、２７は冷却水槽、２８は引取機である。
【００３９】
上記構成の複合高圧管製造装置において、ポリオレフィン系樹脂を前流単軸押出機２０に供給し、その先端の押出金型２１および冷却金型２２を用いて、同樹脂を外径６０ｍｍ、肉厚２ｍｍの内層管に賦形した。次いで、実施例１と同様の補強層用シートを幅９０ｍｍにスリットしてなる４本の補強層用テープを、補強層繰出し装置２３を用いて、内層管に管の長手方向に２層巻回した。
次いで、このテープ巻回樹脂管を熱風炉２４を通過させることにより、表面温度１３０℃に加熱した後、後流単軸押出機２５の押出被覆金型２６を通過させつつ、この上に後流単軸押出機２５より押出したポリオレフィン系樹脂を外層管として被覆した後、冷却水槽２７で冷却した。
【００４０】
内層管用のポリオレフィン系樹脂には、高密度ポリエチレン（融点１３５℃、ＭＩ＝０．５ｇ／１０分；旭化成社製、商品名「サンテック−ＨＤ ＱＢ７８０」）を用い、外層用のポリオレフィン系樹脂には、直鎖状低密度ポリエチレン（融点１２５℃、ＭＩ＝０．７ｇ／１０分；日本ポリケム社製、商品名「ノバッテクＨＤ ＨＹ５４０」）を用いた。
尚、内層及び外層管の成形条件は、実施例１と同様、押出機バレル温度、金型温度共に２００℃の条件で押出した。
【００４１】
図４に上記方法により得られた請求項２記載発明の複合管を示す。管の軸方向にほぼ隙間なく、補強層シートが巻回された、外径６３ｍｍ、肉厚４．０ｍｍの複合管が得られた。図４において、２９は内層管、３０は補強層、３１は外層管である。
【００４２】
（性能評価試験）
実施例および比較例で得られた複合管において、下記の項目について試験を行い、性能を評価した。
ａ）管曲げ試験
支点間距離を１０００ｍｍとし、管の３点曲げ試験を行った。
【００４３】
ｂ）ダンベル引張試験
ＪＩＳ Ｋ ７１１３に準拠して、２号形試験片を用い、２００ｍｍ／分で、引張試験を行い破断点強度を測定した。
【００４４】
ｃ）自重たわみ試験
支点間距離を５０００ｍｍとし、中央でのたわみ量を測定した。
【００４５】
試験結果を表１、２に示す。
【表１】

【００４６】
表１から、本発明による複合管の弾性率が大きく、優れた軸方向強度を有しており、したがって高剛性を有することが確認された。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の複合管は、低たわみ性のプラスチック管であるので架空配管、建築用管材等の用途に用いることが出来、有益である。又、高剛性を有しているため、架空配管した場合には、吊り具の数を低減可能とし、施工時のコストを押さえることが出来るので経済性も備えている。
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２において本発明による複合管の製造に用いられる装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施例２で得られた複合管の構成を示す斜視図である。
【図３】実施例３において本発明による複合管の製造に用いられる装置の構成を示す概略図である。
【図４】実施例３で得られた複合高圧管の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１、２０：単軸押出機
１２、２１：押出金型
１３、２２：冷却金型
１４、２３：補強層繰出し装置
１５、２４：熱風炉
１６、２７：冷却水槽
１７、２８：引取機
２５：後流単軸押出機
２６：押出被覆金型
１８、２９：内層管
１９、３０：補強層
３１：外層管

Claims (3)

1. 合成樹脂からなる内層管と、該内層管の外周面に積層された延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層とから構成され、補強層である延伸ポリオレフィン系樹脂シートの延伸方向と、前記内層管の軸方向とが同一であることを特徴とする複合管。
2. 上記延伸ポリオレフィン系樹脂シートからなる補強層の外周面にさらに、合成樹脂からなる外層管が積層されてなる請求項１記載の複合管。
3. 上記合成樹脂からなる内層又は外層管が、ポリオレフィン系樹脂からなるものである請求項１、又は２記載の複合管。

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