JP4401838B2 - 保護具及び鋼管 - Google Patents
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Description
かかる鋼管10を輸送する場合、管端にある雄螺子12や鋼管継手14の雌螺子16が搬送時に加えられる打撃等により損傷することを防止するとともに、雄螺子12や雌螺子16に錆が発生することを防止する必要がある。このため、鋼管10の輸送時には、図11に示す保護具20を雄螺子12や雌螺子16に螺合させて装着している。
また、鋼管の保護具には、鋼と樹脂とを組み合わせて形成したものもある(従来例2)(例えば、特許文献1を参照)。鋼管の雄螺子を保護するための保護具は、鋼製筒状体の内側に樹脂製ライニング材を有し、樹脂製ライニング材に鋼管の雄螺子と螺合可能な雌螺子が形成されている。鋼管継手の雌螺子を保護するための保護具は、鋼製筒状体の外側に樹脂製ライニング材を有し、樹脂製ライニング材に鋼管継手の雌螺子と螺合可能な雄螺子が形成されている。
請求項1の発明に係る保護具は、鋼管の管端に装着される樹脂製の保護具であって、前記樹脂は、樹脂の全量100質量部に対し、高密度ポリエチレンを50〜95質量部及び芳香族ポリアミド繊維を5〜50質量部含有し、前記保護具は、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有するペレット、および高密度ポリエチレンのペレットを混合して形成され、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有する前記ペレットがその長さが5〜50mmであり、該ペレット内の芳香族ポリアミド繊維はペレットとほぼ同じ長さを有する。
請求項2の発明に係る保護具は、鋼管の管端に装着された鋼管継手に装着される樹脂製の保護具であって、前記樹脂が高密度ポリエチレンを50〜95質量部及び芳香族ポリアミド繊維を5〜50質量部含有し、前記保護具は、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有するペレット、および高密度ポリエチレンのペレットを混合して形成され、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有する前記ペレットは、その長さが5〜50mmであり、該ペレット内の芳香族ポリアミド繊維はペレットとほぼ同じ長さを有する。
保護具を形成する樹脂において、高密度ポリエチレンの含有量が50質量部未満であると、保護具の耐衝撃強度、耐薬品性が高まらない。また、保護具の成型時に、速い固化速度を得ることができず、成型された保護具に反りが発生しやすくなり、保護具の表面がざらついたものとなりやすい。高密度ポリエチレンの含有量が98質量部を超えると、低温環境下において、保護具の収縮率が高密度ポリエチレンの影響を大きく受けることとなり、保護具の収縮率を小さく抑制できない。したがって、高密度ポリエチレンの含有量を50〜95質量部とする。なお、高密度ポリエチレンの含有量を60〜95質量部とすることがより好ましく、高密度ポリエチレンの含有量を80〜95質量部とすることが一層好ましい。
紫外線吸収剤を添加することにより、保護具が紫外線によって劣化することが防止される。紫外線吸収剤として、例えば、ベンゾトアリアゾール類やベンゾフェノン類を挙げることができる。
保護具を形成する樹脂において、紫外線吸収剤の含有量が0.001質量部未満であると、保護具が紫外線によって劣化することを充分に防止できない。また、紫外線吸収剤の含有量が5質量部を超えると、強度が低下して好ましくない。したがって、紫外線吸収剤を添加する量を0.001〜5質量部とする。
さらに、本発明に係る保護具には、紫外線吸収剤及び光安定剤に加えて、例えば、各種樹脂、各種樹脂の重合体、紫外線吸収剤、光安定剤、相溶化剤、酸化防止剤、加工安定剤、着色剤、顔料、顔料、染料、滑剤、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、炭素粉、炭素繊維、金属繊維等を、添加剤として保護具を形成する樹脂に添加することができる。
酸化防止剤を添加することにより、保護具が酸化して劣化することが防止される。酸化防止剤として、例えば、ヒンダードフェノール類やフォスファイト類を挙げることができる。
着色剤、顔料、顔料又は染料を添加することにより、保護具の区別が容易となる。
滑剤を添加することにより、加工時の剥離性が改善される。
タルク、マイカ、炭酸カルシウム、炭素粉を添加することにより、保護具の収縮率が更に改善される。
炭素繊維、金属繊維を添加することにより、保護具の耐衝撃強度が向上する。
高密度ポリエチレンのメルトマスフローレート(MFR)が、JIS K6922−2:1997に規定される温度190℃、荷重21.18N(2.16kgf)の測定条件下において、0.1g/10min未満となると、高密度ポリエチレンの分子量が大きくなりすぎ、溶融状態での流動性が低下し、保護具を射出成型等で成型するときに成型不良を生じやすくなる。なお、以下の説明において、MFRの値はすべて温度190℃、荷重21.18Nの測定条件下におけるものとする。高密度ポリエチレンのMFRが、20.0g/10minを超えると、高密度ポリエチレンの分子量が小さくなりすぎ、耐衝撃強度が低下する。したがって、高密度ポリエチレンのMFRを0.1〜20.0g/10minとする。
請求項5の発明によると、保護具が鋼管の管端の雄螺子と螺合すると、鋼管の管端の雄螺子は、優れた耐衝撃強度を有するとともに低温環境下における収縮率が小さな保護具によって覆われ保護される。
請求項6の発明によると、鋼管を搬送する際、鋼管の管端にある雄螺子は保護具により保護されており、輸送中の損傷は防止される。また、保護具の耐衝撃強度が優れているため、軽量化、コンパクト化が可能で、保護具を装着した鋼管全体が長大化することもない。さらに、保護具は樹脂製であり、再使用不可能となった保護具を容易に焼却などにより廃棄処理できる。また、低温環境下においても、鋼管の管端にある雄螺子から保護具を取り外す作業が容易に行われる。
請求項7の発明によると、保護具が鋼管に装着された鋼管継手の雌螺子と螺合すると、鋼管継手の雌螺子は保護具によって覆われ保護される。
請求項8の発明によると、一方の端部に鋼管継手を装着した鋼管において、鋼管継手の雌螺子は保護具により保護されており、輸送中の損傷は防止される。また、保護具の耐衝撃強度が優れているため、軽量化、コンパクト化が可能で、保護具を装着した鋼管全体が長大化することもない。さらに、保護具は樹脂製であり、再使用不可能となった保護具を容易に焼却などにより廃棄処理できる。また、低温環境下においても、鋼管の管端にある雄螺子から保護具を取り外す作業が容易に行われる。
図1に示す樹脂製の保護具20は、鋼管10の管端の雄螺子12を保護する雄螺子用のものである。鋼管10の構成は従来のものと同様である。
端面22bの外周側縁34の稜は丸められており、端面22bと円筒外周面26とはなだらかな曲面によって連続している。この曲面は長手方向断面においてRの曲率半径を有する。同様に、端面22bの内周側縁36の稜も長手方向断面において曲率半径Rを有する曲面により丸められている。この曲率半径Rの大きさは0.5〜4.0mmとなっている。
そして、保護具20が鋼管10の雄螺子12と螺合して雄螺子12を覆っており、鋼管10の管端より衝撃吸収部38が長手方向外側へ突出している。
また、保護具20を形成する樹脂は、樹脂全量100質量部に対し、MFRが0.1〜20.0g/10minの高密度ポリエチレンAを80〜97質量部、芳香族ポリアミド繊維Bを3〜20質量部、紫外線吸収剤Cを0.001〜5質量部、光安定剤Dを0.001〜5質量部含有している。
図2に示すように、芳香族ポリアミド繊維Bによって強化された高密度ポリエチレンAのペレットP1と、高密度ポリエチレンAのペレットP2とを、タンブラーを用いて混合し、成型原料混合物Mを得、成型原料混合物Mから保護具20が成型される。なお、ペレットP2には紫外線吸収剤C及び光安定剤Dが添加されている。成型原料混合物Mから保護具20を成型するにあたっては、射出成型、射出圧縮成型、押出成型等の方法を用いる。
混合するペレットP1、P2の各量、ペレットP1中における高密度ポリエチレンA及び芳香族ポリアミド繊維Bの各含有量、ペレットP2中における紫外線吸収剤C及び光安定剤Dの各含有量は、成型原料混合物M全体中において、樹脂全量100質量部に対し、高密度ポリエチレンAが80〜97質量部、芳香族ポリアミド繊維Bが3〜20質量部、紫外線吸収剤Cが0.001〜5質量部、光安定剤Dが0.001〜5質量部含有されるような値とされている。
保護具20を成型するにあたっては、ペレットP1、P2の高密度ポリエチレンAは固化速度が速いので、保護具20は優れた成型性を有する。高密度ポリエチレンAのMFRが0.1〜20.0g/10minであるので、成型時の溶融状態における流動性が充分に高く、成型不良を生じるおそれがない。ペレットP1、P2を混合して成型原料混合物Mとし、成型原料混合物Mから保護具20を成型しているので、保護具20中にアラミド繊維Bを多く含有させることが容易である。成型原料混合物Mは、高密度ポリエチレンAを80〜97質量部含有しているので、成型後の保護具20に反りが生じたりすることはなく、保護具20の表面にざらつきが生じることもない。また、保護具20を一体射出成型により製造する場合、その製造工程は簡便なものとなり、製造コストが安くなる。さらに、保護具20は樹脂製であるので、重量も軽量化されてその取り扱いが容易となっている。
ている。また、保護具20に含有されている芳香族ポリアミドBは長繊維となっているので、保護具20の耐衝撃強度はより高まっている。したがって、保護具20の衝撃力が働いても、保護具20はその衝撃力に耐え得る。
まず、保護具20に、長手方向の衝撃力が加わると、最初、衝撃力は端面22bの外周側縁34上の2つの位置X、Yに働く。保護具20の端面22bが傾斜角度θで内側に向かって窪んでいるため、傾斜角度θに応じて円筒の径方向外側へ衝撃力の分力が位置X、Yに働く。その結果、位置X、Y近傍の衝撃吸収部38が径方向外側へ変形して径方向外側へ撓む。衝撃吸収部38の位置X、Yが外側へ撓むために、他の位置Z、Wの衝撃吸収部38が位置Xあるいは位置Yの方向へ引っ張られて径方向内側へ変形して撓む。すなわち、保護具20において、衝撃力が加わった位置(位置X、Y)以外の衝撃吸収部38も変形し、このときの変形抗力が、径方向外側へ衝撃力の分力を吸収する。
したがって、保護具20において、衝撃力のエネルギーの一部が、衝撃力が加えられた位置以外の衝撃吸収部38を変形させるために消費され、衝撃力のうち長手方向に沿って作用する力が軽減される。その結果、衝撃吸収部38の長手方向の変形量は小さくなり、鋼管10の管端部の保護効果は向上する。
したがって、保護具20は高い耐衝撃性を有して損傷しにくくなっており、また、保護具20が損傷してしまった場合でも、樹脂製品として簡単に廃棄処理できる。
また、保護具20を形成する樹脂中には、樹脂全量100質量部に対し、高密度ポリエチレンAが80〜97質量部含有されているので、保護具20は耐薬品性を有し、鋼管10の雄螺子12に塗布される薬剤によって保護具20が変質等することも防止されている。
図4に示す樹脂製の保護具は、鋼管10の管端の雄螺子12に装着される鋼管継手14の雌螺子16を保護する雌螺子用の保護具20である。鋼管10及び鋼管継手14の構成は従来のものと同様である。
保護具20を形成する樹脂は、第1の実施の形態における樹脂と同様であり、保護具20の成型も、第1の実施の形態における保護具の成型と同様である。
保護具20を成型するにあたって、ペレットP1、P2が奏する作用、保護具20を形成する樹脂が奏する作用は、第1の実施の形態のものと同様である。
鋼管10に装着された鋼管継手14の端部に衝撃力が加わる場合、保護具20が奏する作用は、第1の実施の形態のものと同様である。
野積み状態とされ太陽光線にさらされる鋼管10において、保護具20が奏する作用は、第1の実施の形態のものと同様である。
鋼管10が極寒地で野積み状態とされている場合、保護具20が奏する作用は、第1の実施の形態のものと同様である。
保護具20を形成する樹脂が奏するその他の作用は、第1の実施の形態のものと同様である。
例えば、図1の保護具の衝撃吸収部をなす円筒の内側にカバー40を設けて塞いだ構成とし、保護具を装着した鋼管内に水等の進入を防止することが可能である(図5の変形例1を参照)。
次に、本発明に係る保護具の効果を検証すべく、以下の実施例1〜10の保護具に対して以下の試験を行った。各実施例1〜10の保護具は、第2の実施の形態において説明した保護具20である。
実施例1の保護具20は、7.3cm(2−7/8インチ)径の鋼管10に装着される鋼管継手14の雌螺子16に対応したサイズを有する。保護具20は、ペレットP1とペレットP2とを混合して成型原料混合物Mとし、成型原料混合物Mから成型したものである。ペレットP1とペレットP2は、それぞれ、11mmの長さを有し、以下の表1に示す組成を有する。ペレットP1は、高密度ポリエチレンA1(三井化学社製、MFR:0.3g/10min)を50質量部、芳香族ポリアミド繊維B1(ダイセル化学社製コポリパラフェニレン3、4オキシジフェニレンテレフタルアミド、平均繊維径:12μm)の長繊維を50質量部含有する。ペレットP2は、高密度ポリエチレンA1からなる。なお、これらのペレットP1、P2には、紫外線吸収剤C及び光安定剤Dが添加されていない。1kgのペレットP1と9kgのペレットP2とをタンブラーで混合して成型原料混合物Mとし、成型原料混合物Mから保護具20を射出成型した。射出成型に用いた射出成型機のシリンダー温度は170℃である。製造された保護具20は、樹脂全量100質量部に対し高密度ポリエチレンA1を95質量部、芳香族ポリアミド繊維B1を5質量部含有している(表2を参照)。
実施例4の保護具20は、以下の点を除いて、実施例1のものと同じものである(表1及び表2を参照)。すなわち、ペレットP1のみを100質量部用いて製造された保護具
20は、樹脂全量100質量部に対し高密度ポリエチレンA1を50質量部、芳香族ポリアミド繊維B1を50質量部含有している。
に対し高密度ポリエチレンA1を95質量部、芳香族ポリアミド繊維B1を5質量部含有し、紫外線吸収剤が0.1質量部、光安定剤が0.15質量部添加されている。
落重衝撃試験で使用した試験装置は、図9に示す構成を有する落重衝撃試験装置50である。落重衝撃試験装置50は、長さ15cm、直径3.8cmの鋼製棒54を有し、鋼製棒54が錘52の下部に取り付けられており、落重衝撃試験装置50内で錘52とともに鋼製棒54を鋼管10の鋼管継手14に装着された保護具20の衝撃吸収部38上に落下させて衝撃力を与えることができる。錘52の質量と落下高さは変更可能であり、保護具20に加えられる衝撃力のエネルギー量を調整可能となっている。なお、図9は、鋼製棒54の長手方向から見たものである。
−46℃の条件下で落重衝撃試験を行うにあたっては、各保護具20の衝撃吸収部38に熱電対を埋め、ドライアイスで保護具20を−75℃に冷却してから室温の落重衝撃試験装置50内にセットした。そして、熱電対で保護具20の温度をモニタし、その温度が−46℃まで上昇した時点で直ちに錘52と鋼製棒54を落下させた。
様に落重衝撃試験及び取り外し容易性試験を行った。
比較例1〜4の各保護具は、以下の点を除いて、実施例1の保護具20と同じものである。
比較例1の保護具は、ペレットP2のみから射出成型したものであり、ペレットP2は高密度ポリエチレンA1のみからなる(表1及び表2を参照)。
比較例2の保護具は、ペレットP2のみから射出成型したものであり、ペレットP2は、高密度ポリエチレンA2のみからなる(表1及び表2を参照)。
比較例3の保護具も、ペレットP2のみから射出成型したものであり、ペレットP2は、高密度ポリエチレンA3のみからなる(表1及び表2を参照)。
比較例4の保護具も、ペレットP2のみから射出成型したものであり、ペレットP2は、以下の表3に試験結果を示す。
MFRが0.3g/10minである高密度ポリエチレンA1を用いた実施例1〜4及び比較例1を比較する。芳香族ポリアミド繊維B1の含有量が、樹脂全量100質量部に対し5〜10質量部である実施例1、2の場合、室温での最大吸収エネルギーが1047Jである。芳香族ポリアミド繊維B1の含有量が、樹脂全量100質量部に対し25〜50質量部である実施例3及び4の場合、室温での最大吸収エネルギーが1270Jである。芳香族ポリアミド繊維を含有していない比較例1の場合、室温での最大吸収エネルギーが1047Jである。したがって、芳香族ポリアミド繊維を含有することによって、耐衝撃性が向上することが確認された。
−30℃の環境下で、実施例1〜実施例8の各保護具20を鋼管継手14の雌螺子16から取り外すために必要であった取り外しトルクは45Nm以下であり、保護具20と鋼管継手14との間でかじりを生じることなく、容易に取り外し可能であった。
長繊維の芳香族ポリアミド繊維を含有する実施例1〜8の各保護具20においては、保護具20中の芳香族ポリアミド繊維の含有量と取り外しトルクとの間に相関性が見られる。すなわち、芳香族ポリアミド繊維の含有量が増加するにしたがって、取り外しトルクが減少している。芳香族ポリアミド繊維の含有量が樹脂全量100質量部に対し25質量部以上である実施例3及び実施例4の各保護具20では、取り外しトルクが40Nmと最も小さい。芳香族ポリアミド繊維の含有量が樹脂全量100質量部に対し5〜10質量部である実施例1、実施例2、実施例5及び実施例6の各保護具20では、取り外しトルクが45Nmとなっている。
他方、芳香族ポリアミド繊維を含有していない比較例1〜比較例4の各保護具においては、各保護具と鋼管継手14の雌螺子16との間にかじりを生じ、100Nm以上のトルクを保護具にかけても、保護具を雌螺子16から取り外すことはできなかった。
12 鋼管の雄螺子
14 鋼管継手
16 鋼管継手の雌螺子
20 保護具
22a、22b 端面
24 円筒内周面
26 円筒外周面
28 保護具の雌螺子
30 保護具の雄螺子
31 段部
32 溝
34 外周側縁
36 内周側縁
38 衝撃吸収部
40 カバー
50 落重衝撃試験装置
52 錘
54 鋼製棒
A 高密度ポリエチレン
B 芳香族ポリアミド繊維
M 成型原料混合物
P1、P2、P3 ペレット
Claims (8)
- 鋼管の管端に装着される樹脂製の保護具であって、前記樹脂は、樹脂の全量100質量部に対し、高密度ポリエチレンを50〜95質量部及び芳香族ポリアミド繊維を5〜50質量部含有し、前記保護具は、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有するペレット、および高密度ポリエチレンのペレットを混合して形成され、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有する前記ペレットがその長さが5〜50mmであり、該ペレット内の芳香族ポリアミド繊維はペレットとほぼ同じ長さを有することを特徴とする保護具。
- 鋼管の管端に装着された鋼管継手に装着される樹脂製の保護具であって、前記樹脂が高密度ポリエチレンを50〜95質量部及び芳香族ポリアミド繊維を5〜50質量部含有し、前記保護具は、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有するペレット、および高密度ポリエチレンのペレットを混合して形成され、芳香族ポリアミド繊維と高密度ポリエチレンとを含有する前記ペレットは、その長さが5〜50mmであり、該ペレット内の芳香族ポリアミド繊維はペレットとほぼ同じ長さを有することを特徴とする保護具。
- 0.001〜5質量部の紫外線吸収剤及び0.001〜5質量部の光安定剤が添加されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の保護具。
- 前記高密度ポリエチレンが、温度190℃、荷重21.18Nの測定条件下において、0.1〜20.0g/10minのメルトマスフローレートを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護具。
- 前記鋼管の管端にある雄螺子と螺合可能な雌螺子を有することを特徴とする請求項1、請求項3〜請求項4のいずれか1項に記載の保護具。
- 請求項1、請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載の保護具が、前記鋼管の管端にある雄螺子に装着されていることを特徴とする鋼管。
- 前記鋼管継手の雌螺子と螺合可能な雄螺子を有することを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の保護具。
- 請求項2〜請求項4、請求項7のいずれか1項に記載の保護具が、前記鋼管に装着された鋼管継手の雌螺子に装着されていることを特徴とする鋼管。
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