JP6604723B2

JP6604723B2 - 流体輸送配管

Info

Publication number: JP6604723B2
Application number: JP2015000696A
Authority: JP
Inventors: 圭論寺尾; 享子本棒; 純也永田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: JP2016125928A

Description

本発明は、放射線環境下における流体の輸送に用いる流体輸送配管に関する。

原子力関連施設において、放射性物質を含む流体の輸送、もしくは高放射線量下における流体の輸送には耐放射線性を考慮して鋼管が用いられているが、空間的・時間的な制約が多い環境下での鋼管の敷設では、必要とされる工数や必要機材の多さが問題となる。そこで、例えば、鋼管に比べて移動や加工が容易であり、水道用配管などの長距離配管としても用いられる高密度ポリエチレンを用いた流体輸送配管の使用が検討されている。

しかしながら、高密度ポリエチレンは鋼管の材質とは異なり耐放射線性に劣るという欠点を有している。すなわち、高密度ポリエチレンに放射線が作用することによって非常に反応性の高い水素ラジカルや炭化水素ラジカルが発生し、このラジカルによる再結合や付加反応による架橋と呼ばれる分子量の増大や、付均化反応による崩壊と呼ばれる分子量の減少などによって、弾性、耐応力環境き裂性、衝撃特性が低下してしまう。従って、放射線環境下において高密度ポリエチレンを流体輸送配管として用いる場合には、高い耐放射線性を付加する必要がある。

ポリマへの耐放射線性の付与に関する技術として、例えば、特許文献１（特開２０１２−２３８５２８号公報）には、原子力発電所、特にＢＷＲの格納容器内に適用でき、耐熱性、耐放射線性及び電気特性に優れた組成物からなる絶縁体を備えた耐放射線性絶縁電線を提供することを目的として、導体と、導体の周囲を被覆する絶縁層を備えた絶縁電線であって、絶縁層は、オレフィン系ポリマ１００質量部に対し、老化防止剤を１０〜１５質量部、芳香族系プロセスオイルを５〜４０質量部含有し、更に焼成クレーを５〜４０質量部含有することを特徴とする耐放射線性絶縁電線が開示されている。

特開２０１２−２３８５２８号公報

しかしながら、上記従来技術におけるポリマは、引き回したり動かしたりしたときの負荷（応力）に対する柔軟性が必要とされるケーブルの被服に用いられることを想定した低密度ポリエチレンであり、原子力関連施設における流体の輸送に用いる配管に必要とされる耐圧性や硬度を有していない。また、上記従来技術における低密度ポリエチレンは高密度ポリエチレンと分子構造が異なるため、その組成を高密度ポリエチレンに適用しても所望の特性を得ることはできない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、耐放射線性の高い高密度ポリエチレンからなる流体輸送配管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、原子力関連施設に用いる高密度ポリエチレンからなる流体輸送配管であって、前記高密度ポリエチレンは添加剤として、ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンのうちの少なくとも１種類を含むものとする。

耐放射線性の高い高密度ポリエチレンからなる流体輸送配管を提供することができる。

一実施の形態に係る流体輸送配管の構成例を表形式で示す図である。一実施の形態に係る流体輸送配管を概略的に示す図である。実施例１に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。実施例２に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。実施例３に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。実施例４に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。実施例５に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。実施例６に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る流体輸送配管の構成例を表形式で示す図であり、図２は本実施の形態に係る流体輸送配管を概略的に示す図である。

図２において、本実施の形態に係る流体輸送配管１は、原子力関連施設における各施設内部や複数の汚染水滞留エリア間の流体の輸送に用いられるものであり、放射性物質を含む水や海水などの流体２の輸送、もしくは高放射線量下における流体の輸送に用いられる。すなわち、流体輸送配管１は、内部を流通する放射性物質を含む流体２からの放射線３や、高放射線量下における外部からの放射線４等に晒される環境下で用いられる。

流体輸送配管１は、例えば、密度が０．９５グラム／ｃｍ^３以上、溶解指数（ＭＦＲ）が０．４５グラム／１０ｍｉｎ（１９０℃荷重５．０ｋｇ）以下の高密度ポリエチレンからなり、その添加剤として以下の（１）〜（６）に示す物質を含んで形成されている（図１参照）。

（１）ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンのうちの少なくとも１種類を添加する。

（２）アセナフテン、アセナフチレンのいずれか少なくとも１種類を添加する。

（３）メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンのうちの少なくとも1種類を添加する。

（４）フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤のうちの少なくとも１種類を添加する。

（５）ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤のうちの少なくとも１種類を添加する。

（６）芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油のうちの少なくとも１種類を添加する。

以上のように構成した本実施の形態における作用効果を説明する。

原子力関連施設において、放射性物質を含む流体の輸送、もしくは高放射線量下における流体の輸送には耐放射線性を考慮して鋼管が用いられているが、空間的・時間的な制約が多い環境下での鋼管の敷設では、必要とされる工数や必要機材の多さが問題となる。そこで、例えば、鋼管に比べて移動や加工が容易であり、水道用配管などの長距離配管としても用いられる高密度ポリエチレンを用いた流体輸送配管の使用が検討されている。しかしながら、高密度ポリエチレンは鋼管の材質とは異なり耐放射線性に劣るという欠点を有している。すなわち、高密度ポリエチレンに放射線が作用することによって非常に反応性の高い水素ラジカルや炭化水素ラジカルが発生し、このラジカルによる再結合や付加反応による架橋と呼ばれる分子量の増大や、付均化反応による崩壊と呼ばれる分子量の減少などによって、弾性、耐応力環境き裂性、衝撃特性が低下してしまう。

一般に高分子材料は、放射線が作用すると分子が励起され、結合が切断して分解することが知られている。放射線が高密度ポリエチレンに作用すると、水素ラジカルや炭化水素ラジカルが生成する。このラジカルは反応性が高く、ラジカル同士が結合したり（再結合）、ラジカルが元素を引き抜いて別のラジカルを生成させたり（引き抜き反応）、ラジカルが二重結合の隣に付加したり（付加反応）、ラジカル同士が結合すると同時に分子鎖が切断されたり（不均化反応）する。再結合や付加反応は架橋と呼ばれる分子量の増大をもたらすが、不均化反応は崩壊と呼ばれる分子量の減少をもたらす。崩壊も架橋も弾性が低下して、衝撃や屈曲に対する抵抗性が低下する、脆くなるなどの物性の変化が生じるため、配管として使用する場合、亀裂が入る、あるいは破裂するなどの不具合を生じる懸念がある。配水管用ポリエチレンもまた、同様である。配水管用ポリエチレンは高分子量領域を増加、結晶構造を繋ぐタイ分子を増やすことで長期静水圧強度と耐環境応力き裂性を向上させている。放射線環境では結晶領域の分子鎖はあまり影響を受けないが、非晶部、即ち、タイ分子鎖の酸化切断が進行する。タイ分子鎖の切断が進むと、外部応力が加えられた際に樹脂内で応力集中が起こり、長期静水圧強度や耐環境応力き裂性、衝撃特性が低下する。

また、酸素が存在する大気中では放射線が高密度ポリエチレンに作用すると、ラジカルが酸素に対して強い反応性をもつので、ラジカルと酸素が反応する。酸素は水素との親和性が高いので、これを引き抜いて過酸化ラジカル（ＲＯＯ・）を生成し、酸化の伝播反応（連鎖反応）を開始する以下の（式１）のような反応が進行することが知られている。

Ｒ・＋Ｏ２ → ＲＯＯ・・・・（式１）

この過酸化ラジカルは反応性に富み、他の分子から水素を引き抜いて、過酸化物（ＲＯＯＨ）とラジカル（Ｒ・）に変化する（下記（式２）参照）。

ＲＯＯ・＋ＲＨ → ＲＯＯＨ＋Ｒ・・・・（式２）

新たに発生したラジカル（Ｒ・）は酸素存在下で、上記（式１）によりまた新たなパーオキシラジカルを形成させる。過酸化物（ＲＯＯＨ）も不安定なため、分解して結果的にパーオキシラジカル（ＲＯＯ・）、オキシラジカル（ＲＯ・）やラジカル（Ｒ・）が形成される（下記（式３）〜（式５）参照）。

ＲＯＯＨ → ＲＯ・＋・ＯＨ・・・（式３）

２ＲＯＯＨ → ＲＯＯ・＋ＲＯ・＋Ｈ２Ｏ・・・（式４）

ＲＯ・＋ＲＨ → ＲＯＨ＋Ｒ・・・・（式５）

この様に、最初に発生した一つのラジカル（Ｒ・）がパーオキシラジカル（ＲＯＯ・）を経て、新たなラジカルを多数増殖させることとなり、連鎖的に酸化の伝播反応（連鎖反応）が進行する。これにより、益々、分子構造の分解（架橋や崩壊）が促進される。

原子力関連施設に敷設される流体輸送配管は多くの場合、放射性物質を含む水や海水を移送する。また、屋外で使用する場合、配管は雨が直接あたる環境に施工されている。そのため、配管の内部、及び外部からの水の影響も考慮しなければならない。一般に放射線環境下における水分の影響は原子力ケーブルに使用される絶縁体のＬＯＣＡ（Loss of Coolant Accident）の模擬試験でも検討されているように劣化が厳しいことが分かっている。特に、雰囲気中に水分が存在する場合、前述の酸化により生成した過酸化物（ＲＯＯＨ）が水中のプロトンの影響で解離してカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）と水を生成し、分子鎖中の水素を遊離する触媒反応が進行することが知られている。生成したカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）は分子鎖を切断してラジカルになり易いこと、さらにカルボニル基に隣接する水素が引き抜かれ易いことから、酸化劣化が促進されると考えられている。

さらに放射線環境下ではオゾンが生成することが知られている。オゾンは分子鎖に二重結合を持つ高密度ポリエチレンに対して強く作用する。例えば、二重結合部にオゾンが攻撃するとオゾナイドが形成され、これが不安定であるため、Ｏ−Ｏ結合が切断されてアルデヒドやケトン、エステル、ラクトン、過酸化物等を形成する。オゾンによる分子構造の分解は、微小のクラック（オゾンクラック）を形成させることが知られている。特に、１ＭＰａの配管圧力がかかる場合、常に伸長された状態となっており、これがオゾンの浸透率を高めるとともに応力集中によってオゾンクラックが成長し、破裂につながる懸念がある。

また、流体輸送配管は高温の放射性物質を含む流体を移送する場合もある。この場合、前述した分子構造の分解をもたらす様々な素反応は、分子運動、即ち、振動や衝突確立と関係する。分子運動は高温になるほど激しくなるため、分解反応が加速され、劣化は著しい。特に、酸化反応を伴う系では、温度は試料中の酸化層厚さ、酸素の拡散速度、酸化分解の反応速度に影響を及ぼすことが分かっており、酸化による分解が益々加速される。一般に、温度が１０℃上昇すると反応速度は２倍になる。したがって、高温の放射性物質を含む流体を移送すると酸化劣化が加速され、分子構造が容易に分解する。このような分子構造の変化は、弾性率の低下、引張強さの低下、伸びの低下など種々な特性の低下に繋がる。これらの特性が低下すると、配管に亀裂や微小なクラックが入る、あるいは破裂するなどの不具合を生じる恐れがある。

以上のような課題に対して本実施の形態においては、原子力関連施設に用いる流体輸送配管の高密度ポリエチレンに添加剤として、ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンのうちの少なくとも１種類を含むように構成したので、放射線環境下の電子やイオンの発生による流体輸送配管の劣化を抑制することができる。

また、原子力関連施設に用いる流体輸送配管の高密度ポリエチレンに添加剤として、アセナフテン、アセナフチレンのうちの少なくとも一方をさらに含むように構成したので、放射線のエネルギーを吸収させることによって放射線による流体輸送配管の劣化を抑制することができる。

さらに、原子力関連施設に用いる流体輸送配管の高密度ポリエチレンに添加剤として、メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンのうちの少なくとも１種類をさらに含むように構成したので、放射線環境下で生成するラジカルを捕獲することにより流体輸送配管の劣化を抑制することができる。

また、原子力関連施設に用いる流体輸送配管の高密度ポリエチレンに添加剤として、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤のうちの少なくとも１種類をさらに含むように構成したので、放射線環境下や高温環境下で起こる流体輸送配管の酸化による劣化を抑制することができる。

また、原子力関連施設に用いる流体輸送配管の高密度ポリエチレンに添加剤として、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤のうちの少なくとも１種類をさらに含むように構成したので、屋外等の紫外線環境下で起こる流体輸送配管の劣化を抑制することができる。

また、原子力関連施設に用いる流体輸送配管の高密度ポリエチレンに添加剤として、芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油のうちの少なくとも１種類をさらに含むように構成したので、放射線環境下で起こる流体輸送配管の劣化を抑制することができる。

すなわち、本実施の形態においては、耐放射線性の高い高密度ポリエチレンからなる流体輸送配管を提供することができる。より具体的には、放射線による高密度ポリエチレンのタイ分子の切断が抑制されることによって、長期静水圧強度や耐環境応力き裂性、衝撃特性の低下が抑制される。すなわち、本発明に係る流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンは、外気の高い放射線環境や紫外線環境、大気中の酸素や酸性雨、輸送対象である高線量の放射性物質を含む水や海水、放射線により発生するオゾン、高温の流体の輸送等の過酷な条件下によって生じるタイ分子構造の分解による劣化を抑制することができ、亀裂や微小クラック、破裂などの不具合を長期間抑制することができる。これは、冬場の低温環境において流体が凍結した場合にも、衝撃による流体輸送配管のクラックの発生確率抑制に繋がる。

また、本発明の流体輸送配管を用いることにより、原子力関連施設の設備の構築における流体輸送配管の施工に関しては、放射性物質を扱う設備として十分な安全性を担保した上で、時間的、空間的制約による工数や必要機材の増大による影響を抑制することができる。

また、流体輸送配管の劣化を抑制することができるので、原子力関連施設のような広大な設備に敷設された非常に長い流体輸送配管の点検、すなわち亀裂や微小なクラックが発生していないかの点検頻度を抑制することができる。したがって、点検ごとの精度を向上することができるので点検漏れの発生を抑制することができ、また、配管に不具合が認められた場合に生じる流体輸送配管の交換のための多くの時間と労力を抑制することができる。さらに、配管交換のためにシステムを停止することによって全体のシステムに多大な支障をきたすことを抑制することができ、システム全体の安定性を向上させることができる。

本実施例では、本発明の一実施の形態に係る流体輸送配管１を構成する高密度ポリエチレンに、ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンを添加した場合について説明する。

本実施例の高密度ポリエチレンは、エチレンを槽状反応器に導入し、メタロセン触媒、チーグラー触媒、フィリップス触媒等を用いて、低圧（反応圧力：５〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２）、及び低温（反応温度：６０〜１００℃）下で重合させて得られた、結晶化度が６２．１〜８１．６％と高く、密度が０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ３の分岐を有さない重合体である。メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．１ｇ／１０ｍｉｍ以上３ｇ／１０ｍｉｍ以下、特に０．２〜０．５ｇ／１０ｍｉｍ以下のものが好ましい。

混練機としてはバンバリーミキサーのような回分式混練機、二軸混練機、ロータ型二軸混練機、ブスコニーダー等が使用できるが、特に限定されない。混練温度は、１２０〜１８０℃が望ましい。この範囲であれば機械的負荷が大きくならず加工が容易であり、材料が分解することがない。

流体輸送配管（以下、パイプと称する）の押出成形において、パイプ用ポリエチレン樹脂組成物は、ポリエチレン樹脂１００重量部に対して酸化チタンを０．１〜５重量部の範囲で含有している。パイプ製造装置のホッパーには、ポリエチレン樹脂ペレットをドライブレンドしながら供給し、押出機中で加熱溶融し、ダイスから円筒状に押出し、冷却しパイプとする。なお、別の方法としては、事前に、マスターバッチペレットとポリエチレン樹脂ペレットを、ペレット製造装置のホッパーに投入し、溶融混練し、溶融樹脂組成物を多数の孔（直径３ｍｍ程度）が開けられているステンレス円盤を通過させ水中にうどん状に押出し、円盤面に平行に設置されている回転するナイフによって長さ３ｍｍ程度に切断し、パイプ用ポリエチレン樹脂組成物ペレットとして貯蔵し、高密度ポリエチレンパイプを製造するときに貯蔵しておいたパイプ用ポリエチレン樹脂組成物ペレットをパイプ製造装置のホッパーに供給し、押出機中で加熱溶融し、ダイスから円筒状に押出し、冷却しパイプとしてもよい。

パイプ用ポリエチレン樹脂組成物ペレットからパイプに成形するには、該組成物を例えば１５０〜２３０℃の温度で押出機からダイスを通して押出し、サイジングを行った後、冷却水槽で冷却し、引取り機を通して切断または巻取る方法が挙げられる。パイプは単層パイプまたは２層パイプとすることができる。押出機としては単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機等が挙げられる。ダイスはストレートヘッドダイス、クロスヘッドダイス、オフセットダイス等いずれのタイプのものも利用できる。サイジング方法は、サイジングプレート法、アウトサイドマンドレル法、サイジングボックス法、インサイドマンドレル法等のいずれの方法も利用できる。

マスターバッチペレット、又はポリエチレン樹脂ペレットに以下に示す添加剤を添加してパイプを作製する。まず、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレン（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート０．５ｇ／１０分）を１００重量部として秤量する。これに、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）０．０５重量部と酸化チタン０．５重量部を配合し、さらに、ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンのうちの少なくとも１種類を１０質量部秤量して加える。これをバンバリーミキサーで温度１５０℃、１０分間混練してから造粒してポリエチレン樹脂ペレットとする。このポリエチレン樹脂ペレットを用いてパイプを成型した。得られたパイプからダンベル形状に切り出した試験片を作製し、これに放射線を照射した後、引張試験を実施する。

ここで、試験片への放射線照射および引張試験について詳述する。

＜放射線照射＞
放射線照射では、Ｃｏ６０線源から放出されるγ線を１ｋＧｙ／ｈの線量率で試験片に照射する。照射時間は、５０ｈ、１００ｈ、１５０ｈ、２００ｈ、２５０ｈであり、吸収線量は、５０ｋＧｙ、１００ｋＧｙ、１５０ｋＧｙ、２００ｋＧｙ、２５０ｋＧｙである。

＜引張試験＞
引張試験は日本水道協会規格「水道配水用ポリエチレン管 JWWA K 144」に準拠する。試験機は、最大の引張力を指示する装置を備え、ダンベル状の試験片を締めるつかみ具を備えるJIS B7721に記載の装置を使用する。また、試験片としては、プレス機で成形したパイプからJIS K7162に記載されている１Ｂ形のダンベル試験片を切り出して用いる。ダンベル試験片の厚さと平行部の幅を測定し、さらに伸び測定用の標線を平行部分の中心部に付けた後に、２０ｍｍ／ｍｉｎで引張試験機を用いて室温で引張試験を行う。標線間距離は５０ｍｍである。引張試験では破断時の伸びを測定する。破断時の伸びは、試験片が破断に至るまでの標線間の長さを測定する。試験片の破断時の伸びは下記（式６）によって算出される。

ＥＢ＝(Ｌ１−Ｌ０)／Ｌ０×１００・・・（式６）

ここで、上記（式６）において、ＥＢは破断時の伸び（％）、Ｌ０は標線間距離（ｍｍ）、Ｌ１は破断時の標線間距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。

図３は本実施例に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。図３において、縦軸は引張試験の破断時伸びを、横軸は吸収線量をそれぞれ示している。

図３に示すように、流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンに添加剤を添加しない場合には、吸収線量が５０ｋＧｙを超えると破断時伸びが急激に低下するのに対し、高密度ポリエチレンに添加剤として、ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンを添加した場合には、添加しない場合に比べて吸収線量が高い場合でも破断時伸びを維持することができる。

なお、高密度ポリエチレンポリマ１００質量部に対する、ピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンの添加量は５〜１５質量部の範囲とすることが好ましい。添加量が５質量部未満の場合は放射線に対する耐性の効果はほとんど現れず、また、添加量が１５質量部を超えた場合には、放射線に対する耐性がほぼ飽和傾向にあり、これ以上の添加効果は得られない。

本実施例では、本発明の一実施の形態に係る流体輸送配管１を構成する高密度ポリエチレンに、アセナフテン、アセナフチレンを添加した場合について説明する。なお、流体輸送配管（パイプ）の形成、試験片の作成、放射線照射、及び引張試験等については、実施例１と同様であり、説明を省略する。

本実施例においては、マスターバッチペレット、又はポリエチレン樹脂ペレットに以下に示す添加剤を添加してパイプを作製する。まず、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレン（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート０．５ｇ／１０分）を１００重量部として秤量する。これに、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）０．０５重量部と酸化チタン０．５重量部を配合し、さらに、アセナフテン、アセナフチレンのうちの少なくとも１種類を１０質量部秤量して加える。これをバンバリーミキサーで温度１５０℃、１０分間混練してから造粒してポリエチレン樹脂ペレットとする。このポリエチレン樹脂ペレットを用いてパイプを成型した。得られたパイプからダンベル形状に切り出した試験片を作製し、これに放射線を照射した後、引張試験を実施する。

図４は本実施例に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。図４において、縦軸は引張試験の破断時伸びを、横軸は吸収線量をそれぞれ示している。

図４に示すように、流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンに添加剤を添加しない場合には、吸収線量が５０ｋＧｙを超えると破断時伸びが急激に低下するのに対し、高密度ポリエチレンに添加剤として、アセナフテン、アセナフチレンを添加した場合には、添加しない場合に比べて吸収線量が高い場合でも破断時伸びを維持することができる。

なお、高密度ポリエチレンポリマ１００質量部に対する、アセナフテン、アセナフチレンの添加量は、５〜１５質量部の範囲とすることが好ましい。添加量が５質量部未満の場合は放射線に対する耐性の効果はほとんど現れず、また、添加量が１５質量部を超えた場合には、放射線に対する耐性がほぼ飽和傾向にあり、これ以上の添加効果は得られない。

本実施例では、本発明の一実施の形態に係る流体輸送配管１を構成する高密度ポリエチレンに、メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンを添加した場合について説明する。なお、流体輸送配管（パイプ）の形成、試験片の作成、放射線照射、及び引張試験等については、実施例１と同様であり、説明を省略する。

本実施例においては、マスターバッチペレット、又はポリエチレン樹脂ペレットに以下に示す添加剤を添加してパイプを作製する。まず、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレン（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート０．５ｇ／１０分）を１００重量部として秤量する。これに、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）０．０５重量部と酸化チタン０．５重量部を配合し、さらに、メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンのうちの少なくとも１種類を１０質量部秤量して加える。これをバンバリーミキサーで温度１５０℃、１０分間混練してから造粒してポリエチレン樹脂ペレットとする。このポリエチレン樹脂ペレットを用いてパイプを成型した。得られたパイプからダンベル形状に切り出した試験片を作製し、これに放射線を照射した後、引張試験を実施する。

図５は本実施例に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。図５において、縦軸は引張試験の破断時伸びを、横軸は吸収線量をそれぞれ示している。

図５に示すように、流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンに添加剤を添加しない場合には、吸収線量が５０ｋＧｙを超えると破断時伸びが急激に低下するのに対し、高密度ポリエチレンに添加剤として、メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンを添加した場合には、添加しない場合に比べて吸収線量が高い場合でも破断時伸びを維持することができる。

なお、高密度ポリエチレンポリマ１００質量部に対する、メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンの添加量は、５〜１５質量部の範囲とすることが好ましい。添加量が５質量部未満の場合は放射線に対する耐性の効果はほとんど現れず、また、添加量が１５質量部を超えた場合には、放射線に対する耐性がほぼ飽和傾向にあり、これ以上の添加効果は得られない。

本実施例では、本発明の一実施の形態に係る流体輸送配管１を構成する高密度ポリエチレンに、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤を添加した場合について説明する。なお、流体輸送配管（パイプ）の形成、試験片の作成、放射線照射、及び引張試験等については、実施例１と同様であり、説明を省略する。

本実施例においては、マスターバッチペレット、又はポリエチレン樹脂ペレットに以下に示す添加剤を添加してパイプを作製する。まず、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレン（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート０．５ｇ／１０分）を１００重量部として秤量する。これに、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）０．０５重量部と酸化チタン０．５重量部を配合し、さらに、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤のうちの少なくとも１種類を１０質量部秤量して加える。これをバンバリーミキサーで温度１５０℃、１０分間混練してから造粒してポリエチレン樹脂ペレットとする。このポリエチレン樹脂ペレットを用いてパイプを成型した。得られたパイプからダンベル形状に切り出した試験片を作製し、これに放射線を照射した後、引張試験を実施する。

図６は本実施例に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。図６において、縦軸は引張試験の破断時伸びを、横軸は吸収線量をそれぞれ示している。

図６に示すように、流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンに添加剤を添加しない場合には、吸収線量が５０ｋＧｙを超えると破断時伸びが急激に低下するのに対し、高密度ポリエチレンに添加剤として、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤を添加した場合には、添加しない場合に比べて吸収線量が高い場合でも破断時伸びを維持することができる。

なお、高密度ポリエチレンポリマ１００質量部に対する、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤の添加量は、５〜１５質量部の範囲とすることが好ましい。添加量が５質量部未満の場合は放射線に対する耐性の効果はほとんど現れず、また、添加量が１５質量部を超えた場合には、放射線に対する耐性がほぼ飽和傾向にあり、これ以上の添加効果は得られない。

本実施例では、本発明の一実施の形態に係る流体輸送配管１を構成する高密度ポリエチレンに、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤を添加した場合について説明する。なお、流体輸送配管（パイプ）の形成、試験片の作成、放射線照射、及び引張試験等については、実施例１と同様であり、説明を省略する。

本実施例においては、マスターバッチペレット、又はポリエチレン樹脂ペレットに以下に示す添加剤を添加してパイプを作製する。まず、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレン（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート０．５ｇ／１０分）を１００重量部として秤量する。これに、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）０．０５重量部と酸化チタン０．５重量部を配合し、さらに、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤のうちの少なくとも１種類を１０質量部秤量して加える。これをバンバリーミキサーで温度１５０℃、１０分間混練してから造粒してポリエチレン樹脂ペレットとする。このポリエチレン樹脂ペレットを用いてパイプを成型した。得られたパイプからダンベル形状に切り出した試験片を作製し、これに放射線を照射した後、引張試験を実施する。

図７は本実施例に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。図７において、縦軸は引張試験の破断時伸びを、横軸は吸収線量をそれぞれ示している。

図７に示すように、流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンに添加剤を添加しない場合には、吸収線量が５０ｋＧｙを超えると破断時伸びが急激に低下するのに対し、高密度ポリエチレンに添加剤として、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤を添加した場合には、添加しない場合に比べて吸収線量が高い場合でも破断時伸びを維持することができる。

なお、高密度ポリエチレンポリマ１００質量部に対する、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤の添加量は、５〜１５質量部の範囲とすることが好ましい。添加量が５質量部未満の場合は放射線に対する耐性の効果はほとんど現れず、また、添加量が１５質量部を超えた場合には、放射線に対する耐性がほぼ飽和傾向にあり、これ以上の添加効果は得られない。

本実施例では、本発明の一実施の形態に係る流体輸送配管１を構成する高密度ポリエチレンに、芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油を添加した場合について説明する。なお、流体輸送配管（パイプ）の形成、試験片の作成、放射線照射、及び引張試験等については、実施例１と同様であり、説明を省略する。

本実施例においては、マスターバッチペレット、又はポリエチレン樹脂ペレットに以下に示す添加剤を添加してパイプを作製する。まず、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレン（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート０．５ｇ／１０分）を１００重量部として秤量する。これに、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）０．０５重量部と酸化チタン０．５重量部を配合し、さらに、芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油のうちの少なくとも１種類を１０質量部秤量して加える。これをバンバリーミキサーで温度１５０℃、１０分間混練してから造粒してポリエチレン樹脂ペレットとする。このポリエチレン樹脂ペレットを用いてパイプを成型した。得られたパイプからダンベル形状に切り出した試験片を作製し、これに放射線を照射した後、引張試験を実施する。

図８は本実施例に係る流体輸送配管の試験結果の一例を示す図である。図８において、縦軸は引張試験の破断時伸びを、横軸は吸収線量をそれぞれ示している。

図８に示すように、流体輸送配管を構成する高密度ポリエチレンに添加剤を添加しない場合には、吸収線量が５０ｋＧｙを超えると破断時伸びが急激に低下するのに対し、高密度ポリエチレンに添加剤として、芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油を添加した場合には、添加しない場合に比べて吸収線量が高い場合でも破断時伸びを維持することができる。

なお、高密度ポリエチレンポリマ１００質量部に対する、芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油の添加量は、５〜４０質量部の範囲とすることが好ましい。添加量が５質量部未満の場合は放射線に対する耐性の効果はほとんど現れず、また、添加量が４０質量部を超えた場合には、放射線に対する耐性がほぼ飽和傾向にあり、これ以上の添加効果は得られない。

１流体輸送配管
２流体
３，４放射線

Claims

原子力関連施設に用いる高密度ポリエチレン樹脂組成物からなる流体輸送配管であって、
前記高密度ポリエチレン樹脂組成物は、
結晶化度が６２．１〜８１．６％、密度が０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ３、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．２〜０．５ｇ／１０ｍｉｎ以下であり、
１００質量部の高密度ポリエチレン樹脂に対して、５〜１５質量部のピレン、キノン、ジフェニレンアミン、テトラメチルフェニレンジアミンのうちの少なくとも１種類を有する添加剤を含み、
１００重量部の高密度ポリエチレン樹脂に対して、０．１〜５重量部の酸化チタンを含むことを特徴とする原子力関連施設の流体輸送配管。
請求項１記載の原子力関連施設の流体輸送配管において、
１００質量部の前記高密度ポリエチレン樹脂は添加剤として、５〜１５質量部のアセナフテン、アセナフチレンのうちの少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする原子力関連施設の流体輸送配管。
請求項１又は２に記載の原子力関連施設の流体輸送配管において、
１００質量部の前記高密度ポリエチレン樹脂に対する添加剤として、５〜１５質量部のメルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンのうちの少なくとも１種類をさらに含むことを特徴とする原子力関連施設の流体輸送配管。
請求項１〜３の何れか１項に記載の原子力関連施設の流体輸送配管において、
１００質量部の前記高密度ポリエチレン樹脂に対する添加剤として、５〜１５質量部のフェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤のうちの少なくとも１種類をさらに含むことを特徴とする原子力関連施設の流体輸送配管。
請求項１〜４の何れか１項に記載の原子力関連施設の流体輸送配管において、
１００質量部の前記高密度ポリエチレン樹脂に対する添加剤として、５〜１５質量部のベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸誘導体系紫外線吸収剤のうちの少なくとも１種類をさらに含むことを特徴とする原子力関連施設の流体輸送配管。
請求項１〜５の何れか１項に記載の原子力関連施設の流体輸送配管において、
１００質量部の前記高密度ポリエチレン樹脂に対する添加剤として、５〜４０質量部の芳香族系プロセス油、ナフテン系プロセス油、パラフィン系プロセス油のうちの少なくとも１種類をさらに含むことを特徴とする原子力関連施設の液体輸送配管。