JP6856638B2 - 多層パイプ及び多層パイプを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層パイプ並びに多層パイプを製造する方法に関する。特に、本発明は、例えば加熱システム、冷却システム、又は給水システムにおける、高温又は低温の流体の搬送のために使用される多層パイプに関する。

多層パイプは、かつては建設業において一般的に使用された単層の金属パイプ又はプラスティックパイプを広く置き換えてきた。例えば、特殊な剛性、耐腐食性、及び／又は効率的な製造可能性のような、異なる層の有利な特性を組み合わせることによって、それらは単相のパイプを凌ぐことができる。

特許文献１は、ポリプロピレンを備える内側基層及び外層と、内側基層と外層との間に配置された鉱物繊維で強化された補強層と、を備える多層パイプを開示している。補強層はパイプに強度、構造的完全性、及び温度耐性を提供する。

それらとは別に、空気又は水蒸気のような流体の通過を阻止するのに適したバリア層を含む多層パイプが開発されてきた。一般的に使用されるバリア層はアルミニウム又はＥＶＯＨを備える。バリア層は、パイプ中を搬送される流体を、パイプの中に拡散する地面中の汚染からのような他の流体に対して保護することができる。

高い強度及び温度耐性、並びに更なるバリア特性を示すパイプが望ましいと思われる。しかし、例えば補強層を含む前述のパイプをさらなるバリア層と組み合わせることによって、補強及びバリア特性の両方を示す多層パイプを製造しようとする際に直面される問題は、パイプの溶接性及び機械的特性が劣化するということである。例えば、バリア中の添加物が、溶接中にポリプロピレンと混合する場合がある。そのような混合は、パイプの受領を低下させる傾向がある。さらに、バリア層の付加は、高温耐性及び剛性を有する均質的に機能するパイプを維持するために、鉱物繊維を備える補強層を厚くすることを要求する場合がある。しかし、厚い補強層を有する厚いパイプは、バリア層の無い前述のパイプより脆い傾向がある。その観点で、バリア特性と補強特性との両方を示す多層パイプは依然として改善され得る。

欧州特許出願公開第２６０２１０３号明細書

したがって、本発明は、良好な剛性と耐久特性を有するが、あまりにも脆くなることなく、十分なバリア効果をもまた提供する多層パイプを提供することを目的とする。

本発明は、添付の特許請求の範囲の独立請求項によって規定される。従属請求項は、任意的な特徴及び好ましい実施形態を対象とする。

本発明による多層パイプは内側基層及び外層を備え、この内側基層及び外層はポリプロピレンを備える。パイプはさらに、鉱物繊維によって強化されるとともに内側基層と外層との間に位置付けられた補強層を備える。さらに、パイプは内側基層と外層との間に位置付けられた少なくとも１つの層を備え、この層はポリアミドを備えるバリア層である。したがって、バリア層は補強層と一致するか、又はバリア層と補強層とが別の層として提供され得る。

この開示の全体を通じて、用語「ポリプロピレン」は広義の意味ですべてのタイプのポリプロピレンを意味し、したがって、ポリプロピレンホモポリマ、ポリプロピレンランダムコポリマ、例えば改良された結晶化度を有するポリプロピレンランダムコポリマ、ポリプロピレンブロックコポリマを包含し、及び／又は「ポリプロピレンランダムクリスタリニティテンペラチャ」（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒａｎｄｏｍ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＰＰＲＣＴ）タイプであるとして分類される１つ又はいくつかの材料、若しくは、この解釈が明細書の特定の節の特定の内容と矛盾しない限り、これら変形態のいずれかの混合物を備える。さらに、基層及び／又は外層は、ＥＮ ＩＳＯ １５８７４又はＤＩＮ ８０７７に準拠する材料を備える層とすることができる。

バリア層と補強層との組み合された存在は、組み合わされた層又は２つの独立した層のどちらにおいてであっても、例えばパイプを取り巻く環境に存在する空気及び／又は湿気から、外側からパイプの内側に輸送される流体を遮蔽する、必要とされるバリア効果と、剛性、耐久性、熱抵抗、及び高い衝撃強度と、の両方を提供する。パイプの鉱物繊維補強との、添加物としてのポリアミドを備えるバリア層の特定の組み合わせは、鉱物繊維を有する層のパイプが脆くなる範囲への厚さの増加の必要性を抑えることを可能にする。

これら利点は、ポリアミドを備えるバリア層が他のバリア層より剛性を有するという事実に少なくとも部分的に貢献する。また、ポリアミドを備えるバリア層は、溶接中に生じる収縮の影響に対して、より耐性を有する。これら利点は、ポリアミドのバリア層を、鉱物繊維を含む補強層と組み合わせる利点に少なくとも部分的にさらに貢献する場合がある。この理由は、鉱物繊維が、バリア層が存在するときでさえ、補強層の厚さの全体的な増加を避けるのに十分密にそれら層中に分散され得る、ということである。特に、そのことは、多層パイプが、補強層の厚さが層中に存在する繊維の密度に無関係に増加する場合に、あまりにも脆くなる場合があるという結果になる。言い換えると、補強層の厚さの増加によるパイプの脆性は、層中の繊維の密度を同時に低下させることによっては改善できない。本発明は、補強層とバリア層との、すなわち鉱物繊維補強層とポリアミドバリア層との特定の組み合わせを選択することによってこの困難を克服する。

したがって、本発明による多層パイプは、望ましい剛性を有する有利なバリア特性と、パイプの寿命とを組み合わせる。それにもかかわらず、有利な副産物として、パイプは、ポリフュージョン溶接などの公知の溶接プロセスを使用して、溶接工程を実施する前に溶接領域の近くのパイプの外側部分を剥離する必要なく、溶接可能である。

特に、本発明による多層パイプはまた、バリア層を備える既知のパイプより、溶接部分の近傍における品質劣化を生じにくい。

少なくとも１つの補強層における鉱物繊維の存在は、一般的に熱膨張に対するバリア層のアフィニティを減少させ、高い衝撃強度を促進する。このように、バリア層の変動する環境条件、特に非常に高い温度、非常に低い温度、又は変化する温度に対する抵抗性は、溶接ゾーンにおいてだけでなくパイプ全体においてもまたさらに改善することができる。さらに、衝撃強度の減少は、多層パイプを通じて搬送される流体の最大圧を上げるのを可能にし、さらにこれもまた小型で、空間効率的に設計されたパイプの使用の可能性を提示する。したがって、パイプの構成を小型の構造的空間内に維持することができ、それによって最新かつ小型の空間効率的な建築技術の役にたつ。

さらに、内側基層及び外層の両方が、パイプの特にポリプロピレンの存在による剛性及び寿命を促進する。ポリプロピレンの結晶化度は、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の結晶化度より低く、（内側及び外側の）ポリプロピレン層はポリエチレン層より脆く、したがってパイプ中に形成するクラックの危険性を低下させ、かつパイプの寿命を増加させる。

ポリプロピレンを備える外層が剛性を促進し、バリア層を保護することがさらに好都合である。これは、バリア層の化学的及び機械的特性が、環境条件によってそれほど影響されない、又はそれほど迅速に影響されないということに通じる。

ＰＰＲ／ＰＰＲＣＴ外層及び／又は基層は、高い結晶化度を示す場合があり、したがって改善された圧力抵抗を有するパイプを提供する。したがって、ＰＰＲ／ＰＰＲＣＴ層は軽量であり、よって最大限に好適な流体搬送圧力レベルに関連して多層パイプの直径の削減を可能にする。ＰＰＲ／ＰＰＲＣＴ層は、費用効率的に製造及び加工することができ（製造が、例えば早い押し出しスピードの使用を含むことができる）、したがってそれらの使用がパイプ全体に対する製造コストの削減を促進する。さらに、基層及び／又は外層は低いレベルの脆性を示す。この理由は、優れた低速亀裂成長特性を可能にするベータ核を有する結晶の高レベルの存在にあるか、又はコポリマそれ自体の異なる分子構造による。

好ましくは、バリア層に含まれるポリアミドは低融点ポリアミドである。このポリアミドは、ポリカプロラクタム（ＰＡ６）、そのコポリマ、ＰＡ６６、及びＰＡ６６コポリマからなる群から選択することができる。しかし、バリア層はまた、これら材料のいずれかの組み合わせをも備えることができる。さらに、本発明は、バリア層がこれらポリアミドのいずれか１つ又は組み合わせからなる実施形態を包含する。

ＰＡ６、ＰＡ６コポリマ、ＰＡ６６、又はＰＡ６６コポリマは、特定の高い剛性をバリア層に提供し、パイプ全体の剛性をさらに改善する。それらはまた、顕著な吸収特性をも示し、それによってパイプの内側から周囲環境へ、又は周囲環境からパイプの内側へ漏れ出ないようにすべての大量の流体（例えば湿気）を保護することができる。ＰＡ６は、その特性と材料コストとの観点における優れた妥協点を提供するので、現状では最も好ましいと考えられる。

好ましくは、補強層中の鉱物性繊維は、玄武岩繊維、炭素繊維、及びガラス繊維（例えばＥ‐ガラス繊維）又はそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選択される。３〜５．５ＧＰａ、好ましくは３．５〜４．９ＧＰａの範囲内の引張強度を有する他の鉱物繊維を、代替的に又は追加的に補強層を強化するために使用することができる。同様に、７５〜２４０ＧＰＡの弾性係数を有する代替的または追加的繊維が好ましく使用され、１．７５〜２．７５ｇ／ｃｍ^３の繊維密度が好ましい。これは、そのような密度がパイプ全体の好適な重量密度を生じさせ、例えば複数のパイプを共に建設現場において溶接するとき、又は例えば修繕作業中にパイプを交換するときに、パイプのその場での容易な加工性に役立つからである。

このことは、補強層が、補強層の重量に対して１０〜１５ｗｔ％の重量含有率を有する鉱物繊維を備える際に好ましい。このことは、１１〜１５ｗｔ％の重量含有率であるときにさらに好ましく、１１〜１３ｗｔ％が最も好ましい。これら重量含有率の範囲は、上述した補強層の有益な効果を最大化する。

補強層の厚さがパイプの全厚さの２６〜４０％の範囲にあるときもまた好ましい。より大きな厚さはパイプの望ましくないレベルの脆さをもたらす場合があるが、一方でより少ない厚さはパイプの熱膨張特性を低下させる場合がある。３０〜３５％の、特に３１〜３４％の厚さの範囲がさらにより好ましいと考えられる。これら記載された範囲は、一般的な範囲からより好ましい範囲へ増加する態様で、脆性に対する抵抗と、良好な熱膨張特性の促進と、の間における優れた妥協策を提供する。

鉱物繊維が玄武岩繊維である場合には、繊維の体積は好ましくはパイプの全体積の４〜６％、より好ましくは４．５〜５．５％となる。同様に、鉱物繊維がガラス繊維である場合には、繊維の体積は好ましくはパイプの全体積の６〜８％、より好ましくは６．５〜７．５％となる。これら範囲は、パイプを厚くする必要を回避するために特に有益であることが分かった。このように、パイプの脆性を低下することができ、一方で高い剛性、温度耐性、及び衝撃強度が確保される。

鉱物繊維が７〜２０ミクロン、より好ましくは１０〜１３ミクロンの直径を有することがさらに好ましい。さらに、又はそれとは独立して、鉱物繊維は好ましくは、１００〜３０００ミクロンの、好ましくは４００〜２０００ミクロンの、平均長さを有する。これら直径の範囲及び長さは、特に溶接ゾーンの近傍における、バリア層の完全性を妥協することなく、パイプの良好な溶接可能性という特性を特に助長する。さらに、バリア層の、及び少なくとも１つの層の補強の効果は、良好に互いを強化する。これら補強効果は、遮蔽効果を促進するためにバリア層に使用されるようなポリアミドの特性に対する繊維の長さ及び直径の適用によって、例えばより短い繊維を使用するのとは反対に、好ましい直径及び好ましい長さを有する鉱物繊維を使用するときにより強くなる。

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの補強層はバリア層であり、すなわち、強化用鉱物繊維がバリア層に提供されている。これは、ポリアミドおよび鉱物繊維（例えば玄武岩繊維）を備える複合化合物が化合物に混合されるので、好都合な複合化合物コンセプトをもたらす。

また別の好もしい一実施形態によれば、少なくとも１つの補強層は内側基層とバリア層との間、又は外層とバリア層との間に配置される。これら構成は、補強層がバリア層の近傍（及び隣接さえすることが可能である）に設けられる場合に、それが特にコスト効率が高く、バリア層と補強層とを別々に実施することが容易であり、それにもかかわらずバリア層の補整効果と補強層の補整効果との間の相互作用が強い状態のままとなるので、有利である。補強層の半径方向内側に配置されたバリア層を備える実施形態は、補強層がさらにバリア層を保護し、それによってポリアミドがポリプロピレンと混合するチャンスがさらに低くなるので、さらに有利である。

本発明はまた、（バリア層の半径方向内側又は外側に配置される）１つ又は２つでさえある更なる層が、上述した補強層は別として、強化されている／補強層である、実施形態を包含する。

好ましくは、補強層はポリプロピレンランダムコポリマ（ＰＰＲ）及び／又は好ましくは玄武岩繊維によって強化された「ポリプロピレンランダムクリスタリニティ温度」クラスの１つ又はいくつかの材料を備える。

補強層は熱膨張に対する良好な耐性を提供し、したがって広範囲の温度の下での及び（さらに大きく）変化する温度への暴露中の多層パイプの使用を、劣化の影響を被ることなく可能にする。

多層パイプはさらに、バリア層と外層との間に配置された外側接着層を備える場合があり、この層はバリア層と外層との間の接着性結合を促進するのに適している。代替的に又はそれに加えて、多層パイプは基層とバリア層との間に配置された内側接着層を備える場合がある。それによって、内側及び／又は外側接着層が好ましくはバリア層に隣接して配置される。

好ましくは、内側及び／又は外側接着層は、無水マレイン酸でグラフトされたポリプロピレンコポリマを備える。それぞれの接着層は、特に無水マレイン酸でグラフトされた際に、効果的な接着力、特に無水マレイン酸と、隣接するポリプロピレン及びポリアミドと、の間の特定の相互作用による接着力を提供する。

バリア層は、ナノフィラー、例えば珪灰石又はモンモリロナイトをさらに備えることができる。それらの重量含有率は、６〜１７％、より好ましくは８〜１５％、又はさらに１０〜１３％の範囲の重量含有率に好ましくは限定される。溶接可能性は、ナノフィラーの存在のおかげによってさらに促進され、それらの存在は、さらにパイプの熱膨張及びその衝撃強度の低減をも促進する。

また、基層又は外層（全層数によっては最外層）のような多層パイプのさらなる層のいずれか１つを、玄武岩繊維、炭素繊維、及び／又はガラス繊維のような鉱物繊維によって強化することができ、これは同じように基層、外層、及び接着層又は補強層に適用される。これはこれら更なる層の低減された熱膨張及び改善された衝撃強度をもたらす。

好ましくは、内側基層及び／又は外層はポリプロピレン、好ましくはポリプロピレンコポリマ、ＰＰＲ、又はＰＰＲＣＴから成る。基層が以下の化合物：ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンクロライド（ＰＶｄＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ又はＰＰＳＵ）、のいずれか１つを備えると特に有利である。これら化合物のいずれか１つ又はそれらの組み合わせは、層の温度及び化学物質耐性を増加させ、したがってパイプ全体の温度及び化学物質耐性を増加させる。また、基層はＰＶＤＦ、ＰＶＤＣ、ＰＰＳ、又はＰＰＳＵ（ＰＰＳＦ）のいずれか１つから構成することもできる。

多層パイプの特定の実施形態は、パイプの半径方向に内側から外側へ以下の順序で配置された３つの層：内側基層、補強されたバリア層、及び外層だけからなる。そのようなパイプは、形成される多数の層を少なく保ち、例えば追加的な接着剤に対するコストを節約することができることから、コスト効率的に製造することができるので有利である。それにもかかわらず、本発明に係る三層パイプは、バリア効果、良好な溶接可能性、溶接ゾーンの近傍におけるバリア特性の劣化に対する耐性、小さな熱膨張係数、剛性、クラック形成に対する耐性、及び寿命の良好なバランスを提供する。

パイプのまた別の一の好ましい実施形態は、パイプの半径方向に内側から外側へ以下の順序で配置された４つの層：内側基層、補強層、バリア層、及び外層；又は内側基層、バリア層、補強層、及び外層からなる。このように、コスト効率的に製造可能なパイプが得られ、三層パイプの効果と同様の上述した有利な効果を呈し、そこではバリア層及び補強層は、別々に製造することができる。

パイプの半径方向に内側から外側へ以下の順序で配置された５つの層：内側基層、内側接着剤層、補強されたバリア層、外側接着剤層及び外層からなる、５層パイプもまた好ましい。このパイプは、非常に強いパイプの結合構造を保証しつつ、優れた剛性、バリア特性、熱膨張特性、及びクラック耐性特性を示し、したがってパイプの寿命をさらに促進する。

本発明のまた別の一の好ましい実施形態は、パイプの半径方向に内側から外側へ以下の順序で配置された６つの層：内側基層、補強層、内側接着剤層、バリア層、外側接着剤層及び外層；又は内側基層、内側接着剤層、バリア層、外側接着剤層、補強層、及び外層からなる、６層パイプから成る。

本発明による６層パイプは、バリア効果、減少した熱膨張、剛性、クラック防止、容易かつコスト効率的な製造可能性、成形セクションにおける収縮の影響に対する耐性、極端な環境温度及び／又は湿度状況、又は強度に変化する環境状況下における使用に対する適合性間の精密なバランスを提供し、ここでは熱膨張特性が特に効果的に減少されており、バリア特性が強度に増強されており、６層パイプは顕著に低い脆性を示す。

しかし、本発明による多層パイプは、上述に記載した実施形態のいずれか１つに加えて、内側基層の半径方向外側に配置された、ポリエチレンを備えるか、又はポリエチレンから成る追加的な外層を備える。そのような追加的な外層は、戸外に設置された際に、パイプを紫外線照射に対して保護する。

それに加えて、又は代替的に、パイプは、ＰＶＤＦ、ＰＰＳ、ＰＰＳＵ、又はそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選択されたいずれかの材料を備えるか又はそれから成る、追加的な内側インライナー層をも備えることができる。この層は、攻撃的な化学物質又は二酸化塩素のような酸化剤に対してさらにパイプを保護し、パイプの温度耐性をさらに改善する。

また、本発明は、パイプに関する上述の実施形態、構成、又はそれらの組み合わせのいずれか１つによる多層パイプの形成／製造の方法にも関し、この方法は押出成形、射出成形、及び／又はブロー成形を含む。このように、よくバランスのとれたパイプを、従来の技術を使用して形成することができ、形成される多層パイプの望ましい特性に応じてプロセスパラメータの緻密なチューニングの広い範囲を可能にする。

好ましくは、本方法は、アミノシランによってＰＰ及びＰＰＲのようなポリマに接着させるために、鉱物繊維を化学的に処理するステップを備える。

それら自身、又は互いに矛盾することがない特徴である限りにおいて上述した１つ又はいくつかの特徴との組み合わせで実現することができる本発明のさらなる利点及び特徴が、以下の好ましい実施形態の説明から明白となる。

この説明は、添付の図面を参照して行われる。

本発明の一実施形態による３層パイプ構造を示す図である。 本発明の一実施形態による５層パイプ構造を示す図である。 本発明の一実施形態による４層パイプ構造を示す図である。 本発明の一実施形態による４層パイプ構造を示す図である。 本発明の一実施形態による６層パイプ構造を示す図である。 本発明の一実施形態による６層パイプ構造を示す図である。

図１は、３層構造である本発明の好ましい実施形態を示す。このパイプは内側基層１、外層２、及び補強層でもあるバリア層３を備える。

基層１及び外層２の両方は、ポリプロピレンランダムコポリマ（ＰＰＲ）を備える。しかし、これら実施形態の変形体は、ポリプロピレンランダムクリスタリニティテンペラチャ（ＰＰＲＣＴ）タイプにクラス分けされる１つ又はいくつかの材料のような、広い意味の用語における異なるポリプロピレンを代替的に又は追加的に備える。

バリア層３はポリプロピレン及びポリアミドＰＡ６を備え、バリア層３に対して約１３％の重量含有率を有する玄武岩繊維によって強化されている。玄武岩繊維は約１１〜１２ミクロンの直径と、約１１５０〜１２５００ミクロンの平均長さを有する。バリア層３の厚さは、パイプの全厚さの約２８％に達し、玄武岩繊維の全体積は、パイプ全体の全体積の約５％に達する。

強化されたバリア層３は、パイプの溶接部分における収縮の影響に対する特に高い耐性を促進するので、強化されていないバリア層より有利である。特に、バリア層における玄武岩繊維の存在は、具体的には溶接部分における、収縮の影響の生成に対するポリアミドの感受性を相殺する。

ポリアミドと玄武岩繊維とは、複合化合物の中で混合されるので、２つの化合物間の相乗効果がこの実施形態では特に目立つ。

このように、図１に示されたパイプは有益な溶接特性を示し、バリア層３のおかげによる効果的な遮蔽効果を提供し、この遮蔽効果の劣化のリスクが、特に溶接ゾーンの近傍において大きく低下する。特に、収縮の影響を促進する場合がある熱膨張力がパイプの大きな面積に亘って均一に分散される。したがって、パイプのバリア効果をゾーン全体に亘って完全な状態に保持することができる。収縮の影響を促進する力は、強化されたバリア層３中のポリアミドと玄武岩繊維との間に生じる相乗効果のために効果的に均等化される。

また、玄武岩繊維の存在は、一般的に熱膨張に対するバリア層３の親和性を低下させ、パイプの衝撃強度を改善する。このように、変化する環境条件、特に非常に高い、低い、又は変化する温度に対するバリア層の耐性は、溶接ゾーンにおけるだけでなく、パイプ全体においてもさらに改善することができる。さらに、衝撃強度の低下は、多層パイプを通じて搬送される流体の最大圧力を上昇させることを可能にし、最大圧力に関する同じ要求を含む同様の用途に対して、従来技術から知られるパイプとは反対の小さなパイプを使用する可能性をさらに提案する。このように、パイプ構成をより小型の構成空間中に維持することができ、それによって、近代的かつ小型の空間効率の良い建築技術を支援する。

また、図２に示された本発明の実施形態は、ポリプロピレン、ポリアミドとしてのＰＡ６、及び約１３〜１４重量％の重量含有率で存在する玄武岩繊維を備える強化されたバリア層３を備える。バリア層３の厚さは、パイプの全厚さの約３０％に達する。玄武岩繊維の体積は、パイプの全体積の約５％に達する。このパイプの有利な特性は、上述の実施形態に関して説明された実施形態と同様であり、したがって利点のすべてが再度説明されることはない。前述の説明が参照される。

さらに、図２の実施形態は、内側基層１とバリア層３との間に配置された内側接着剤層４、及びバリア層３と外層２との間に配置された外側接着剤層５を備える。内側接着剤層４及び外側接着剤層５の両方は、無水マレイン酸によってグラフトされたポリプロピレンコポリマを備える。

接着剤層４、５は、バリア層３と、内層１及び外層２それぞれと、の間に強い接着剤結合を助長する。

図２のパイプはまた、パイプの溶接部分に生じる収縮の影響を防止する。バリア層中の玄武岩繊維は、バリア層の収縮の影響の感受性を相殺する。それはそうとして、５層パイプもまたコスト効率的に製造することができ、一方でバリア層３のおかげによるシールド効果を提供する。前記バリア層３は、繊維による補強のために、パイプの溶接部分の近傍における漏れのいずれかの形態を示す傾向はない。したがって、既知のパイプにおける収縮の影響をもたらす場合のある力は、大きな領域（バリア層３においても）に亘って分散され、パイプのバリア効果を領域全体に亘って完全な状態に維持する。

図２の５層パイプは、優れた剛性及びバリア特性、熱膨張特性、並びにクラック体制特性を示すので特に有利であり、一方で非常に強いパイプの結合構造を確実とし、よってパイプの寿命をさらに促進する。そのような高品質のパイプは、高品質の建築に使用するために特に有利である。

本出願の図３Ａ及び図３Ｂは、４層パイプ構成から成る本発明の実施形態を示す。

図３Ａ及び３Ｂのパイプの有利な特性は、前述の実施形態に関して説明されたのと同様であり、したがって利点のすべてが改めて説明されるわけではなく、前述の説明が参照される。

図３Ａに示されたパイプは、パイプの半径方向において内側から外側へ以下の順序で配置された４つの層：内側基層１、補強層６、バリア層３、及び外層２から成る。

内側基層１及び外層２は、図１及び２に示された実施形態の場合におけるのと同様に構成される。バリア層３は、ポリプロピレン及びポリアミドＰＡ６を備える。この実施形態の補強層６はポリプロピレンを備え、約１０．５重量％の重量含有率を有する玄武岩繊維によって強化されており、この玄武岩繊維は、約１１〜１２ミクロンの平均直径と、約１１００〜１３００ミクロンの平均長さを有する。バリア層３の厚さは、パイプの全厚さの約３１％に達する。玄武岩繊維の体積は、パイプの全体積の約５％に達する。

図３Ａ及び図３Ｂに示された構成間の差は、バリア層３と補強層６との順序がパイプの半径方向において逆とされていることである。言い換えると、図３Ｂに示されたパイプは、パイプの半径方向において内側から外側へ、以下の順序：内側基層１、補強層６、バリア層３、及び外層２で配置された４層からなる。

図３Ａ及び図３Ｂの構成は、バリア層３と補強層６との分離した形成がコスト効率的であるので、特に有利である。それにもかかわらず、バリア層３の補償効果と補強層の補償効果との間の相互作用は強い。

本出願の図４Ａ及び４Ｂは、６層のパイプ構成から成る本発明の実施形態を示す。

図４Ａ及び４Ｂのパイプの有利な特性は、上述の実施形態に関して説明した特性と同様であり、したがってすべての利点が再度説明されるわけではない。上述の実施形態が参照される。

図４Ａ及び４Ｂに図示された構成間の差は、バリア層３と補強層６との順序がパイプの半径方向において逆であることである。

図４Ａのパイプは、パイプの半径方向において内側から外側へ以下の順序：内側基層１、内側接着剤層４、バリア層３、外側接着剤層５、補強層６、及び外層２、で配置された６層から成る。

図４Ｂのパイプは、パイプの半径方向において内側から外側へ以下の順序：内側基層１、補強層６、内側接着剤層４、バリア層３、外側接着剤層５、及び外層２、で配置された６層から成る。この配置は、バリア層３が半径方向外側の補強層６によってさらに保護されるというさらなる利点を有する。これは、溶接中にポリアミドがポリプロピレンと混合するようになる機会を減少させる。

図４Ａ及び４Ｂのパイプの両方において、バリア層３はポリプロピレン及びポリアミドＰＡ６を備える。補強層６はポリプロピレンを備え、全体としての補強層６に対して約１２重量％の重量含有率含有率を有する玄武岩繊維によって強化され、玄武岩繊維は約１１〜１２ミクロンの平均直径と、約１１００〜１３００ミクロンの平均長さを有する。バリア層３の厚さは、パイプの全厚さの約３７％に達し、玄武岩繊維の体積は、パイプの全体積の約５％に達する。

図４Ａ及び４Ｂに示されたパイプは、バリア効果間の良好なバランス、外層の一部を剥がす必要の無い良好な溶接可能性、良好な熱膨張特性、剛性、クラック防止、容易かつコスト効率的な製造可能性、成形セクションにおける収縮の影響に対する耐性、極端な環境温度及び／又は湿度状況又は強度に変化する環境状況下において使用される適性を提供し、ここで熱膨張特性は特に効果的に減少し、バリア特性は大きく改善される。さらに、６層パイプは顕著な低い脆性を呈する。

以下のテストが行われた。６層の実施形態が使用され、酸素バリアは、標準ＤＩＮ４７２６／ＩＳＯ２１００３（３．６ｍｇ／ｍ^２・日）を満たしていた。これらテストは、本発明によるパイプが、当業から知られる単一層パイプに比べて約３倍小さな熱膨張係数を示すことを明らかにした。特に、１０％〜３０％の玄武岩繊維フィラーレベルを有するパイプを使用する長さ方向熱膨張係数が、２５℃と８０℃との間の温度範囲に対して、約３×１０^−５〜６．５×１０^−５ｍｍ／ｍｍ／℃の範囲と測定された。

４．３ＭＰａ／９５℃下における標準ＩＳＯ１１６７による圧力性能に対する標準テストが、６層パイプの実施形態に対して、及びバリア層の無い３層の玄武岩繊維充填パイプに対して行われた。本発明による６層パイプは、故障までの時間を考慮して、約１０％長い時間で予め決められた圧力性能を維持することができた。

セントラルヒーティング設備において、６層の実施形態の剛性及び衝撃強度が、バリア層の無い玄武岩充填パイプ及びＥＶＯＨ酸素バリア層を有する６層玄武岩充填パイプと比較された。本発明による６層パイプの剛性は約４０％高かった。衝撃強度は、バリア層の無い玄武岩充填パイプに対して約７０％増加し、ＥＶＯＨ酸素バリアを有する６層の玄武岩充填パイプに対して約９０％増加した。

さらに、（ジュールでの）衝撃強度が、１４％の玄武岩繊維を含む本発明による６層パイプ及びＥＶＯＨバリアを有する玄武岩で充填された６層パイプに対して、０℃で行われた標準ＥＮ１４１１に記載されているテストとしてのＨ５０を使用して測定された。

さらに、それらの（ｍｇ／ｍ^２・日で測定される）透水性が、標準ＩＳＯ１７４５５を満たす方法を使用して測定された。

最後に、それらの圧力性能（故障までの時間値で測定された；９５℃においてフープ応力４．３ＭＰａ）が、標準ＩＳＯ１１６７を満足する方法を使用して、パイプ当たり１０サンプルの平均値で測定された。

図１〜４Ｂに示された本発明によるパイプの実施形態のそれぞれ１つずつが射出成型を使用して製造され、玄武岩繊維がそれぞれの場合においてポリプロピレンに対する玄武岩繊維の良好な接着を促進するためにアミノシランによって化学的に処理された。バリア層が補強層である実施形態の場合には、玄武岩繊維とＰＡ６との間の良好な接着もまた実現される。

図１〜４Ｂに示された実施形態のすべてが補強層を強化するために玄武岩繊維を備えるが、炭素繊維、ガラス繊維、又はこれら繊維の混合物のような他の鉱物繊維もまた、これら実施形態の変形体において補強層を強化するために使用することができる。しかし、引張強度のような特定の材料特性、それらの加工性、及び製造ステップに含まれるコストのために、ガラス繊維が好ましく、玄武岩繊維が特に好ましい。

図１〜４Ｂに示された実施形態は強化繊維として玄武岩繊維を単に備えるが、これら実施形態の変形体は、さらにナノフィラー、例えば珪灰石又はモンモリロナイトを備えて実現することができることが理解される。溶接可能性、溶接ゾーンの近傍における収縮の影響に対する耐性、及びしたがってバリア効果の劣化の防止が、ナノフィラーの存在のおかげでさらに促進され、それらもまた、パイプの熱膨張の減少及びその衝撃強度の改善をさらに促進する。

図１〜４Ｂに示された実施形態の内側基層及び外層はＰＰＲを備えるが、当業者であれば、２つの層のうちのいずれか一方が代替的に又は追加的にポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンクロレート（ＰＶｄＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はポリフェニレンサルフォン（ＰＰＳＦ又はＰＰＳＵ）を備える変形体を容易に想到するであろう。これら化合物のいずれか１つ又はそれらの組み合わせは、層の温度及び化学物質耐性を増加させ、したがってパイプ全体の温度及び化学物質耐性を増加させる。

多くのさらなる変形体及び改良体が可能であり、本発明のフレームワーク内に入ることが理解される。

１ 内側基層
２ 外層
３ 補強層、バリア層
６ 補強層
４ 内側接着剤層
５ 外側接着剤層

Claims (24)

1. 内側基層（１）及び外層（２）であって、前記内側基層（１）及び外層（２）がポリプロピレンを備える、内側基層（１）及び外層（２）と、
   鉱物繊維によって強化され、前記内側基層（１）と前記外層（２）との間に配置された、補強層（３、６）と、
   を備える多層パイプであって、
   前記内側基層（１）と前記外層（２）との間に配置された前記パイプの少なくとも１つの層が、ポリアミドを備えるバリア層（３）である、多層パイプ。
2. 前記バリア層（３）中のポリアミドが、ポリカプロラクタム（ＰＡ６）又はそのコポリマであることを特徴とする請求項１に記載の多層パイプ。
3. 前記鉱物繊維が、玄武岩繊維、炭素繊維、ガラス繊維、又はそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層パイプ。
4. 前記鉱物繊維が、前記補強層（３、６）の１０〜１５重量％の重量含有率を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層パイプ。
5. 前記補強層の厚さが、前記パイプの全厚さの２５〜４０％の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の多層パイプ。
6. 前記鉱物繊維が玄武岩繊維であり、前記繊維の体積が前記パイプ全体の体積の４〜６％の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多層パイプ。
7. 前記鉱物繊維がガラス繊維であり、前記繊維の体積が前記パイプ全体の体積の６〜８％の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層パイプ。
8. 前記鉱物繊維が７〜２０ミクロンの直径を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の多層パイプ。
9. 前記鉱物繊維が１００〜３０００ミクロンの平均長さを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の多層パイプ。
10. 前記バリア層（３）は前記補強層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の多層パイプ。
11. 前記補強層（６）は、前記バリア層（３）と前記外層（２）との間、又は前記内側基層（１）と前記バリア層（３）との間に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の多層パイプ。
12. 前記補強層（３、６）はポリプロピレンを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の多層パイプ。
13. 前記パイプの半径方向において前記バリア層（３）の内側に配置され、好ましくは前記バリア層（３）に隣接する、さらなる内側接着剤層（４）を備える；及び／又は
    前記パイプの半径方向において前記バリア層（３）の外側に配置され、好ましくは前記バリア層（３）に隣接する、さらなる外側接着剤層（５）を備える、
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多層パイプ。
14. 前記内側基層（１）及び／又は前記外層（２）が、ポリプロピレンコポリマ、ＰＰＲ、又はＰＰＲＣＴから成ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の多層パイプ。
15. 前記バリア層（３）はナノフィラーを備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の多層パイプ。
16. 前記バリア層（３）は珪灰石又はモンモリロナイトを備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の多層パイプ。
17. 前記内側基層（１）は、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＣ、ＰＰＳ、及びＰＰＳＵから成る群から選択されたいずれかの材料を備えるか、又はこれら材料のいずれかの組み合わせを備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の多層パイプ。
18. ポリエチレンを備え、前記外層（１）の半径方向外側に配置された更なる外層を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の多層パイプ。
19. 前記内側基層（１）の半径方向内側に配置され、ＰＶＤＦ、ＰＰＳＦ、ＰＰＳＵ及びそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選択された材料を備える、更なる内側インライナー層を備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の多層パイプ。
20. 前記パイプの前記半径方向において、内側から外側へ以下の順序：前記内側基層（１）、前記バリア層（３）、及び前記外層（２）、で配置された３つの層から成る請求項１〜１９のいずれか一項に記載の多層パイプ。
21. 前記パイプの前記半径方向において、内側から外側へ以下の順序：前記内側基層（１）、前記補強層（６）、前記バリア層（３）、及び前記外層（２）；又は、前記内側基層（１）、前記バリア層（３）、前記補強層（６）、及び前記外層（２）、で配置された４つの層から成る請求項１〜１９のいずれか一項に記載の多層パイプ。
22. 前記パイプの前記半径方向において、内側から外側へ以下の順序： 前記内側基層（１）、前記補強層（６）、前記内側接着剤層（４）、前記バリア層（３）、前記外側接着剤層（５）、及び前記外層（２）；又は、前記内側基層（１）、前記内側接着剤層（４）、前記バリア層（３）、前記外側接着剤層（５）、前記補強層（６）、及び前記外層（２）、で配置された６つの層から成る請求項１〜１９のいずれか一項に記載の多層パイプ。
23. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の多層パイプを形成する方法であって、
    押出成形、射出成形、及び／又はブロー成形を含む方法。
24. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の多層パイプを形成する方法または請求項２３に記載の多層パイプを形成する方法であって、前記鉱物繊維がアミノシランによって化学的に処理されることを特徴とする方法。

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