JP6403987B2 - 多層管 - Google Patents

Description

この発明は、多層管に関し、特に、耐震性に優れた合成樹脂製の多層管に関する。

従来、多層管として、ポリオレフィン系樹脂からなる内層と、その外周面に積層された延伸ポリオレフィンシートからなる補強層と、さらにその外側に積層されたポリオレフィン系樹脂からなる外層とからなるものが知られている（特許文献１）。

再公表特許ＷＯ００／２２３３４号公報

上記特許文献１の多層管では、内外層の弾性率の低い合成樹脂を同種のシートからなる補強層で支持し全体として固い製品になっている。その為、地震等の外力によって多層管が変形する際には、補強層全体に応力がかかり、補強層の強度を超えると補強層が破壊し、さらには管全体が破壊してしまうおそれがある。

この発明の目的は、地震等の外力によって大変形した場合であっても、破壊しにくい多層管を提供することにある。

この発明による多層管は、少なくとも三層を有する多層管であって、内側から外側に向かって第一層、第二層、第三層とした場合に、前記第一層と前記第三層とは、ポリオレフィン系樹脂層であり、前記第二層は、樹脂層または繊維強化樹脂層であって、その弾性率は、前記第一層の弾性率および前記第三層の弾性率よりも高く、少なくとも１．５倍以上であり、前記第二層は連通孔を備え、前記第一層と前記第三層とは前記連通孔内にある樹脂を介して接続しており、連通孔の面積／第二層の面積は、４０〜７０％であることを特徴とするものである。

ポリオレフィン系樹脂は、相対的に変形しやすい樹脂であり、これが第一層および第三層を形成していることで、多層管は、可撓性を有している管となる。そのため、地震等で大きな外力が作用しても、変形はするが破壊はしない。管をポリオレフィン系樹脂のみで形成すると、変形が大きいことで、管の長さ方向中央部がたわみやすく、配管設置時における管のたわみを防止するために取り付けられる管支持具を増やす必要が生じる。そこで、第二層として、弾性率が高い層が追加される。弾性率が高い第二層があることで、多層管のたわみが小さくなり、これにより、管支持具の数を減らすことができる。

第二層に用いられる材料としては、材料自体の物性として１．５倍以上の弾性率を有しているものでもよいが、複数の材料を複合化させることによって、１．５倍以上の弾性率を実現してもよい。第二層は、例えば、高い弾性率を有する樹脂だけからなるものでもよく、ガラス繊維などの繊維で強化された繊維強化樹脂層であってもよい。後者の例としては、不飽和ポリエステル（フタル酸とグリコールの共重合体）、ビニルエステル（エポキシアクリレート）、エポキシ樹脂等熱硬化性樹脂をバインダーとし、ガラス繊維を強化材として用いたものが挙げられる。この場合、予めガラス繊維にバインダーを含浸させ、硬化させておくことが好ましい。

第二層は、先にシート状に成形して、後工程で連通孔を開けるようにしてもよく、ネット状に成形することで、連通孔を開ける工程を不要とするようにしてもよい。

「弾性率」としては、例えば、２３℃での引張弾性率が使用される。第二層の弾性率が第一層および第三層の弾性率の１．５倍未満の場合、たわみ防止機能が低下するため好ましくない。第二層の弾性率の上限は、特に限定されないが、１０ＧＰａ程度あれば、十分なたわみ防止機能が得られるので、それよりも大きくする必要はない。

弾性率が高い第二層は、地震等の外力によって多層管全体が大変形した場合、大きな応力を受け、破壊しやすい。第一層および第三層は、変形しやすいことで破壊しにくい。第二層の破壊によって、第二層と第一層および第三層との間で界面剥離が起こり、管全体の破壊につながると、管の気密性が失われるが、第一層と第三層とが第二層の連通孔を通して接続していることで、全面で界面剥離が生じることはなく、第二層が破壊された状態で、連通孔内の樹脂によって接続している第一層および第三層が管の気密性を維持する。すなわち、地震に伴う大変形によって、たわみ防止機能は失われるが、最低限必要な気密性は維持されることで、信頼性に高い多層管となる。なお、多層管の損傷の有無については、たわみ防止機能が失われているどうかを見ればよいので、目視で容易に判定でき、高度な検査等を必要としないためメンテナンス性に優れたものとなる。

連通率（連通孔の面積／第二層の面積）は、４０〜７０％であることが好ましい。連通率が４０％未満では、第二層と第一層または第三層との間で界面剥離が起こり、管の気密性が失われる可能性がある。また、連通率が７０％を超えると、第二層の強度が不足し、必要なたわみ防止機能が十分に担保できなくなる蓋然性が高い。

連通部分を除いた第二層と第一層または第三層とは、接着剤などを介して強く接合されていてもよいが、第二層と第一層または第三層とは、連通部分を除いた層間に界面が存在し、一体化していなくてもよい。

連通孔の形状は、限定されるものではなく、多角形（三角形、四角形、五角形、六角形など）であってもよく、円形、その他種々の形状とすることができる。

第二層が樹脂層とされており、その弾性率は、２５００〜４２００ＭＰａの値を有することがある。このような樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が挙げられるが、これに限定されるものではない。第二層が樹脂層の場合、第一層と第三層との相溶性は、第一層と第二層との相溶性および第二層と第三層との相溶性よりも高いものとすることが好ましい。

第二層は、繊維強化樹脂層とされていることがある。繊維強化樹脂層は、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維などの繊維を不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に含浸し硬化・形成したものとされることがあり、繊維をポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂に含浸したもので形成されてもよい。

第二層は、ガラス繊維強化樹脂層であり、ガラス繊維の平均繊維径が１．０ｍｍ以上であってもよい。

ガラス繊維の弾性率は、７〜８ＧＰａ程度とされる。また、ガラス繊維の平均繊維径が１．０ｍｍ以上であることで、たわみ防止効果が高められる。ガラス繊維の弾性率は、樹脂に比べて大きく、たわみ防止機能に優れており、ガラス繊維強化樹脂層とすることで、第二層の厚みを薄くして、多層管全体の厚みを薄くすることができる。

第一層および第三層を形成するポリオレフィン系樹脂としては、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。ポリオレフィン系樹脂には、必要に応じて結晶核剤、架橋剤、架橋助剤、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配合されてもよい。 第一層を形成するポリオレフィン系樹脂と第三層を形成するポリオレフィン系樹脂とは、同じであってもよく（例えば、いずれも高密度ポリエチレン）、違っていてもよい（例えば、第一層が高密度ポリエチレンで、第三層が直鎖状低密度ポリエチレン）。

多層管を製造するには、第一層、第二層、第三層の順で成形し、シート状または帯状の樹脂またはガラス繊維強化樹脂を第一層に巻き付けることで第二層を成形するようにしてもよく、第二層を予め円筒状に成形しておいて、第二層、第一層、第三層の順で成形するようにしてもよい。第二層を先に成形して連通孔付きの円筒体とし、第二層の内側に第一層を成形（この際に溶融状態の樹脂が内側から連通孔内に流入）し、最後に第三層を成形（この際に溶融状態の樹脂が連通孔内に外側から流入）する後者の製造方法の方がより好ましい。

各層の厚みは、例えば、第一層：第二層：第三層＝５：１：５〜５：３：５とされる。すなわち、第一層と第三層とは、ほぼ同じ厚みとされ、第二層の厚みは、第一層または第三層の厚みの２０〜６０％とされる。第一層と第三層とは、同じ厚みでなくてもよく、例えば、第一層の厚みは、第三層の厚みの８０〜１２０％であってもよい。

この発明の多層管によると、弾性率が高い第二層があることで、配管設置時における管のたわみを防止するために取り付けられる管支持具の数を減らすことができる。配管設置後に多層管全体が大変形した場合、第二層が破壊されやすく、この際、連通孔内の樹脂によって接続している第一層および第三層が管の気密性を維持する。すなわち、地震に伴う大変形によって、たわみ防止機能は失われるが、最低限必要な気密性が維持され、信頼性の高い多層管となる。また、第二層が破壊された場合には、たわみが大きくなることで、目視で容易に判定でき、高度な検査等を必要としないためメンテナンス性に優れている。

図１は、この発明による多層管の第１実施形態を示す横断面図である。 図２は、第１実施形態の多層管の第二層を径方向から見た図である。 図３は、この発明による多層管の第２実施形態を示す横断面図である。 図４は、第２実施形態の多層管の第二層を径方向から見た図である。 図５は、第二層の他の実施形態を示す斜視図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

多層管(1)の第１実施形態は、図１に示すように、内側から外側に向かって第一層(2)、第二層(3)および第三層(4)を備えている。

第一層(2)は、高密度ポリエチレンからなる樹脂層、第三層(4)も、高密度ポリエチレンからなる樹脂層とされている。

第二層(3)は、ガラス繊維強化樹脂層とされている。第二層(3)は、図２に示すように、軸方向に対して同じ角度で逆方向に傾斜した１対の帯状要素(3a)(3b)によってネット状に形成されている。これにより、円筒状をなしているガラス繊維強化樹脂層の周壁には、複数の菱形の連通孔(5)が所定間隔で並んで形成されている。

ガラス繊維強化樹脂層とされていることで、第二層(3)の弾性率は、第一層(2)の弾性率および第三層(4)の弾性率よりも大幅に高いものとなっている。

連通孔(5)は、図１に示すように、第一層(2)を形成している樹脂および第三層(4)を形成している樹脂の少なくとも一方（図示は両方）で満たされており、第一層(2)と第三層(4)とが連通孔(5)内に充填された樹脂(2a)(4a)を介して接続されている。

第１実施形態の多層管(1)によると、弾性率が高い第二層(3)があることで、配管設置時における多層管(1)のたわみを防止するために取り付けられる管支持具の数を減らすことができる。また、連通孔(5)内の樹脂(2a)(4a)によって第一層(2)と第三層(4)とが接続していることで、地震等によって多層管(1)全体が大変形して、第二層(3)が破壊した場合であっても、連通孔(5)内の樹脂(2a)(4a)によって第一層(2)と第三層(4)とが接続している状態が維持され、最低限必要な多層管(1)の気密性が維持される。また、大変形によって第二層(2)が破壊された場合、多層管(1)のたわみが大きくなることで、破壊されたことを容易に判定することができる。

多層管(11)の第２実施形態は、図３に示すように、内側から外側に向かって第一層(12)、第二層(13)および第三層(14)を備えている。

第一層(12)は、高密度ポリエチレンからなる樹脂層、第三層(14)は、直鎖状低密度ポリエチレンからなる樹脂層とされている。

第二層(13)は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなる樹脂層とされている。第二層(13)は、図４に示すように、円筒状をなしている樹脂層の周壁に、複数の円形の連通孔(15)が所定間隔で並んで形成されたものとなっている。

ポリエチレンの引張り弾性率は、９００〜１１００ＭＰａであり、ＰＶＣの引張り弾性率は、２５００〜４２００ＭＰａであり、第二層(3)の弾性率は、第一層(2)の弾性率および第三層(4)の弾性率よりも高いものとなっている。

連通孔(15)は、第一層(12)を形成している樹脂および第三層(14)を形成している樹脂の少なくとも一方（図示は両方）で満たされており、第一層(12)と第三層(14)とが連通孔(15)内に充填された樹脂(12a)(14a)を介して接続されている。

上記において、第１実施形態では、連通孔(5)が菱形、第２実施形態では、連通孔(15)が円形の場合を図示したが、連通孔の形状はこれに限られるものではない。

例えば、第１実施形態における第二層(3)は、図５に示すように、六角形状の連通孔(25)を有している第二層(23)によって置き換えることができる。

なお、上記において、多層管(1)は、三層からなるものとしているが、いずれかの層(2)(3)(4)(12)(13)(14)の内側また外側に別途の層を追加して四層以上としてもよい。

(1)(11) ：多層管
(2)(12) ：第一層
(2a)(12a) ：連通孔内樹脂
(3)(13)(23) ：第二層
(4)(14) ：第三層
(4a)(14a) ：連通孔内樹脂
(5)(15)(25) ：連通孔

Claims (4)

1. 少なくとも三層を有する多層管であって、
   内側から外側に向かって第一層、第二層、第三層とした場合に、前記第一層と前記第三層とは、ポリオレフィン系樹脂層であり、前記第二層は、樹脂層または繊維強化樹脂層であって、その弾性率は、前記第一層の弾性率および前記第三層の弾性率よりも高く、少なくとも１．５倍以上であり、
   前記第二層は連通孔を備え、前記第一層と前記第三層とは前記連通孔内にある樹脂を介して接続しており、連通孔の面積／第二層の面積は、４０〜７０％であることを特徴とする多層管。
2. 前記第一層および前記第三層の引張り弾性率は、９００〜１１００ＭＰａであり、前記第二層は、樹脂層とされて、その引張り弾性率が２５００〜４２００ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の多層管。
3. 前記各層の厚みは、第一層：第二層：第三層＝５：１：５〜５：３：５とされており、前記第一層の厚みは、前記第三層の厚みの８０〜１２０％とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の多層管。
4. 前記第二層は、ガラス繊維強化樹脂層であり、ガラス繊維の平均繊維径が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多層管。
   

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