JP6943597B2 - 発泡管継手およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は発泡管継手およびその製造方法に関する。

従来、鋼管や合成樹脂管からなる配管周りをグラスウール等の保温材で被覆することによって配管周りの結露等を防止するのが一般的である。
しかし、上記従来の方法では、配管の作業とは別に、保温材を巻いたり被せたりする作業が必要であるため作業効率が悪く、狭い作業スペースでは作業を行えない場合もある。
そこで、断熱層となる発泡層を有する樹脂製の配管や管継手が提案されている。断熱層を設けることにより、配管施工後に保温材で被覆しなくても結露の防止が可能となる。
一般的な管継手にあっては、流路となる本体部の開口部に、本体部の開口部よりも内径が大きい受口部が一体的に設けられており、この受口部に他の管部材が挿入されるようになっている。

特許文献１には、本体部の内部に発泡樹脂からなる断熱層を備える発泡管継手が提案されている。特許文献１には、管継手の製造に使用できる樹脂として、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられており、現行品では、耐衝撃性、耐熱性に優れるＡＢＳ樹脂が使用されている。

特許第３６９９５７９号公報

近年、発泡管継手の用途も広がり、例えば、耐薬品性に優れる管継手のニーズがある。
塩化ビニル樹脂は耐薬品性に優れるが、現行のＡＢＳ樹脂に比べると耐衝撃性が劣る。
本発明は、耐薬品性および耐衝撃性に優れる発泡管継手およびその製造方法の提供を目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
[１] 塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を、発泡・成形してなる発泡管継手であって、内部に流路を有する本体部と、該本体部の開口部に一体に形成された受口部とを有し、（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が０．３〜０．７であり、本体部中央における発泡倍率が１．２〜２．５倍であり、かつ受口部の開口端部における発泡倍率が１．２〜１．５倍である、ことを特徴とする発泡管継手。
[２] 前記[１]の発泡管継手の製造方法であって、塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を射出成形する、発泡管継手の製造方法。

本発明によれば、耐薬品性および耐衝撃性に優れる発泡管継手が得られる。

本発明の一実施形態に係る発泡管継手を示す側面図である。 図１に示す発泡管継手の縦断面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態による発泡管継手について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の発泡管継手１は、例えばドレンパイプの接続に使用されるチーズ型（ティー型）管継手である。
発泡管継手１は、第１の管軸Ｏ１と、第２の管軸Ｏ２を有する。二つの管軸Ｏ１及びＯ２は直線状であり互いに直交する。
発泡管継手１は、内部に流路（例えばドレンの流路）を有する管状の本体部１０と、この本体部１０の三つの開口部１１にそれぞれ一体に形成された受口部１２を有する。発泡管継手１は、本体部１０と受口部１２とが一体的に形成された発泡樹脂層からなる。
受口部１２には、本体部１０の開口部１１の内径とほぼ同内径の管部材（例えばドレンパイプ）が挿入される。受口部１２の開口部の内径Ｄ２は、本体部１０の開口部１１の内径Ｄ１より大きい。

以下、本体部１０の三つの開口部１１のうち、二つは第１の管軸Ｏ１と同軸の円形である。第１の管軸Ｏ１の一端側の開口部を第１の本体開口部１１ａ、他端側の開口部を第２の本体開口部１１ｂということもある。残りの一つは第２の管軸Ｏ２と同軸の円形であり、第３の本体開口部１１ｃということもある。
また、三つの受口部１２のうち、二つは第１の管軸Ｏ１と同軸の管状である。第１の管軸Ｏ１の一端側の受口部を第１の受口部１２Ａ、他端側の受口部を第２の受口部１２Ｂということもある。残りの一つは第２の管軸Ｏ２と同軸の管状であり、第３の受口部１２Ｃということもある。
本体部１０の表面上であって、第１〜３の受口部１２Ａ〜１２Ｃの、各開口部１２ｂからの距離が最も遠い位置に、成形時に射出される位置となる射出ゲート部１４が設けられている。

図２に示すように、受口部１２の内面は、開口部１２ｂから内方に向かって漸次縮径するテーパ部１２ａと、テーパ部１２ａの本体部１０側の端部から、本体部１０の開口部１１に達するまで、さらに漸次縮径する段部１３を有する。段部１３は、受口部１２に挿入された管部材の先端面が突き当たるストッパーとしての役割を果たす。

発泡管継手１は、塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を、発泡・成形して形成される。本発明の発泡管継手の製造方法は発泡性樹脂組成物を射出成形する方法である。
具体的には、発泡性樹脂組成物を射出成形機に供給し、加熱して塩化ビニル樹脂を溶融し、金型内に射出し、冷却して所望の形状に成形する。発泡性樹脂組成物中の発泡剤は、加熱によって分解されガスを発生し、溶融した塩化ビニル樹脂中に独立気泡が形成される。こうして得られる発泡管継手は、全体が発泡樹脂層からなる。
成形時に射出される位置となる射出ゲート部１４は、金型全体に発泡性樹脂組成物を充填できる位置であればよく、特に限定されない。本実施形態では、本体部１０の表面上において、第１〜３の受口部１２Ａ〜１２Ｃの各開口部１２ｂからの距離が最も遠い位置に射出ゲート部１４が設けられている。
金型の温度は、射出直前の発泡性樹脂組成物の温度よりも低く、射出された発泡性樹脂組成物は金型内を流動する間に温度が低下する。例えば、射出される直前の発泡性樹脂組成物の温度（成形温度）は１５０〜１９０℃が好ましく、１６０〜１８０℃がより好ましい。また発泡性樹脂組成物が射出される直前の金型の温度は２０〜１００℃が好ましく、３０〜８０℃がより好ましい。
発泡性樹脂組成物については後述する。

発泡管継手１は、（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が０．３〜０．７である。
本発明において、最も長い管軸（本実施形態では第１の管軸Ｏ１）上の点であって、該管軸の一端側の開口部（第１の本体開口部１１ａ）および他端側の開口部（第２の本体開口部１１ｂ）から等距離にある点Ｐ１を通り、該管軸に垂直な面で、本体部１０を切断して得られる断面を本体部中央の断面とする。本実施形態では、図３に示す断面のうち、符号Ｒで示す部分が本体部中央の断面である。
本体部中央の断面における本体部１０（射出ゲート部は除く）の厚さＴ１を本体部中央の厚さとする。本体部中央の断面において、本体部１０の厚さＴ１が均一でない場合は、最も厚い箇所における厚さを本体部中央の厚さとする。
本発明において、受口部１２の管軸上の点であって、受口部１２の開口部１２ｂおよび本体部１０の開口部１１から等距離にある点Ｐ２を通り、該管軸に垂直な面で、受口部１２を切断して得られる断面を受口部中央の断面とする。受口部中央の断面における受口部１２の厚さＴ２を受口部中央の厚さとする。受口部中央の断面において、受口部１２の厚さＴ２が均一でない場合は、最も厚い箇所における厚さを受口部中央の厚さとする。
発泡管継手１を構成する複数の受口部１２の全部において、それぞれの（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が上記の範囲内であればよい。

本発明では、（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比を上記範囲の下限値より大きくすることによって、本体部の発泡倍率を高くすることができる。その結果、発泡管継手１全体が軽量化され、耐衝撃性が向上する。
本体部の発泡倍率が高くなる理由は以下のように考えられる。発泡管継手１を射出成形により製造する際、射出ゲート部１４から射出された発泡性樹脂組成物は金型内を流動し、金型内の空間に充填されながら、ガスを発生して発泡する。射出ゲート部１４の位置にかかわらず、発泡性樹脂組成物の一部は、本体部１０に対応する空間を通って、受口部１２に対応する空間に流入する。このとき、本体部１０よりも受口部１２の方が管壁の厚さが小さいため、発泡性樹脂組成物の流路が狭くなり、本体部１０に対応する空間内の発泡性樹脂組成物に圧力が加わり、該圧力が大きいと、本体部の発泡倍率が低下する。
本発明において（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）が１に近いほど、本体部１０から受口部１２にかけて発泡性樹脂組成物の流路の大きさの変化が小さくなるため、本体部１０に対応する空間内の発泡性樹脂組成物にかかる圧力が緩和され、発泡倍率が高くなると考えられる。
一方、（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が上記範囲の上限値を超えると、受口部１２に対応する空間の隅々にまで発泡性樹脂組成物を充填するための圧力が不足して、受口部１２の成形不良が生じやすい。
（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比は０．３〜０．７が好ましく、０．４〜０．６がより好ましい。
本体部中央の厚さＴ１は、例えば６〜１２ｍｍが好ましく、８〜１０ｍｍがより好ましい。
受口部中央の厚さＴ２は、例えば２〜８ｍｍが好ましく、４〜５ｍｍがより好ましい。

発泡管継手１は、受口部の開口端部における発泡倍率が１．２〜１．５倍である。
受口部の開口端部における発泡倍率は、受口部の開口部１２ｂの端面を含む厚さ１〜２ｍｍの円環状のサンプルを切り出し、その比重（ｘ）を測定し、発泡させなかった時の樹脂の比重を、サンプルの比重（ｘ）で除して求められる値である。
具体的には、「発泡倍率＝発泡させなかった時の樹脂の比重／ｘ」を開口端部における発泡倍率の値とする。発泡させなかった時の樹脂の比重は、上記サンプルを溶融したものから測定できる。
比重は、ＪＩＳ ７１２２に従い、２３℃±２℃で水置換式比重測定器を用いて測定する。
受口部の開口端部における発泡倍率が１．０倍に近いほど、開口部の強度は高くなり、耐衝撃性が向上する。
受口部の開口端部における発泡倍率が上記範囲の下限値以上であると断熱性能に優れ、上限値以下であると耐衝撃性に優れる。
複数の受口部において、開口端部における発泡倍率が互いに異なる場合は、最も大きい値が上記の範囲内であればよい。

本実施形態では、第１〜３の受口部１２Ａ〜１２Ｃの各開口部１２ｂからの距離が最も遠い位置に、射出ゲート部１４が設けられているため、射出された発泡性樹脂組成物が、金型内の空間を流動して開口部１２ｂに到達したときの、発泡性樹脂組成物の温度がより低くなりやすい。開口端部に充填された発泡性樹脂組成物の温度が低いほど、開口端部の発泡倍率が低くなりやすい。
また、本実施形態では、受口部１２の内面がテーパ部１２ａを有し、受口部１２の管壁の厚さが開口部１２ｂに向かって小さくなっている。すなわち、金型内の受口部１２に対応する空間が開口部１２ｂに向かって狭くなっている。開口端部に対応する空間が狭いほど、開口端部の発泡倍率が低くなりやすい。
受口部１２のテーパ部１２ａと、受口部１２の外面とのなす角度θ（以下、テーパ角度θともいう）は、例えば０．０５〜１．５°が好ましく、０．０７〜１．２°がより好ましく、０．０９〜１．１８°が最も好ましい。
開口部１２ｂにおける受口部１２の厚さＴ３は、薄すぎると受口部１２の開口部１２ｂが衝撃を受けたときに欠けが生じすい。該厚さＴ３は、例えば２〜８ｍｍが好ましく、４〜５ｍｍがより好ましい。

発泡管継手１は、本体部中央における発泡倍率が１．２〜２．５倍であることが好ましく、１．３〜２．５倍がより好ましく、１．５〜２．２倍が最も好ましい。
本体部中央における発泡倍率は、本体部中央の断面を含む厚さ１〜２ｍｍのサンプルを切り出し、その比重値（ｙ）を測定し、発泡させなかった時の樹脂の比重を、サンプルの比重（ｙ）で除して求められる値である。
具体的には、「発泡倍率＝発泡させなかった時の樹脂の比重／ｙ」を本体部中央における発泡倍率の値とする。
比重は、ＪＩＳ ７１２２に従い、２３℃±２℃で水置換式比重測定器を用いて測定する。
本体部中央における発泡倍率が上記範囲の下限値以上であると断熱性能に優れ、上限値以下であると耐衝撃性に優れる。
本体部中央における発泡倍率は、例えば成形温度、製品肉厚、配合組成によって調整することができる。

＜発泡性樹脂組成物＞
発泡性樹脂組成物は、塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む。
塩化ビニル樹脂は、管継手の材料として公知の硬質塩化ビニル樹脂を用いることができる。硬質塩化ビニル樹脂とは、可塑剤を実質的に含まない塩化ビニル樹脂である。
塩化ビニル樹脂は、塩化ビニル単量体の単独重合体でもよいし、塩化ビニル単量体と、該塩化ビニル単量体と共重合可能な他の単量体との共重合体であってもよい。
上記塩化ビニル単量体と共重合可能な他の単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、塩化アリル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル、無水マレイン酸、アクリロニトリル等の単量体が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。
塩化ビニル樹脂は単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。
塩化ビニル樹脂の平均重合度は４５０〜８００が好ましく、６００〜７００がより好ましい。

発泡剤としては、揮発性発泡剤、分解型発泡剤のいずれを使用してもよい。
揮発性発泡剤としては、例えば脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテル、ケトン等が挙げられる。このうち脂肪族炭化水素としては、例えばプロパン、ブタン（ノルマルブタン、イソブタン）、ペンタン（ノルマルペンタン、イソペンタンなど）等が挙げられ、脂環族炭化水素としては、例えばシクロペンタン、シクロへキサン等が挙げられる。ハロゲン化炭化水素としては、例えばトリクロロフルオロメタン、トリクロロトリフルオロエタン、テトラフルオロエタン、クロロジフルオロエタン、ジフルオロエタン等のハロゲン化炭化水素などの１種または２種以上が挙げられる。さらにエーテルとしては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル等が挙げられ、ケトンとしては、例えばアセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
また分解型発泡剤としては、例えば重炭酸ナトリウム（炭酸水素ナトリウム）、炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、アジド化合物、ホウ水素化ナトリウムなどの無機系発泡剤、アゾジカルボンアミド、アゾジカルボン酸バリウム、ジニトロソペンタメチレンテトラミンなどの有機系発泡剤が挙げられる。
その他、炭酸ガス、窒素、空気等のガスを発泡剤として用いてもよい。
発泡性能に優れる観点から、分解型発泡剤が好ましく、中でも重曹、アゾジカルボンアミドがより好ましい。
これらは単独で用いられても良く、２種以上が併用されてもよい。
発泡剤の使用量は、塩化ビニル樹脂１００質量部に対して、０．１〜８質量部が好ましく、２〜５質量部がより好ましく、１〜３質量部が最も好ましい。

発泡性樹脂組成物は、塩化ビニル樹脂および発泡剤以外の他の成分（任意成分）を含んでもよい。任意成分としては、例えば、安定剤、滑剤、加工助剤、顔料等の公知の添加剤が挙げられる。
安定剤としては、塩化ビニル樹脂の安定剤として公知の化合物を用いることができる。例えば、鉛系安定剤、ＣａＺｎ系安定剤、錫系安定剤等が挙げられるが、発泡性樹脂組成物中には、鉛系安定剤が含まれないことが好ましい。
発泡性樹脂組成物中に鉛系安定剤が含まれると、アゾジカルボンアミド等の有機系発泡剤の分解が活性化され、発泡開始温度が低下する。その結果、発泡残渣が発生し、ヤケ（変色した異物）と呼ばれる製品不良が生じやすくなり、好ましくない。

発泡性樹脂組成物中の安定剤は、錫系安定剤であることが好ましい。錫系安定剤を用いることにより、塩化ビニル樹脂の熱安定性を高めやすくなり、ヤケの発生を抑えることができる。錫系安定剤としては、ジアルキル錫の有機酸塩を用いることができる。アルキル基としては、メチル、ブチル、オクチルの３種類が挙げられる。有機酸としては、チオグリコール酸のエステル、メルカプトエタノールのエステル等のメルカプト系化合物；マレイン酸エステル、マレイン酸のハーフエステルの有機錫塩等のマレート系化合物；ラウリン酸の塩等のラウレート系化合物等が挙げられる。非発泡層の透明性を担保する観点から、錫系安定剤としては、メルカプト系化合物が好ましい。例えば、ジブチル錫メルカプタン、ジオクチル錫メルカプタン等が挙げられる。
これらの錫系安定剤は、１種でもよく、２種以上を併用してもよい。塩化ビニル樹脂の熱安定性をより高め、加工性を向上させる観点から、錫系安定剤を２種以上併用することが好ましい。
錫系安定剤は、１種でもよく、２種以上を併用してもよい。

錫系安定剤の含有量は、安定剤の総質量に対して９５質量％以上が好ましく、１００質量％が特に好ましい。
また、錫系安定剤の含有量は、塩化ビニル樹脂１００質量部に対して、０．１質量部以上１０質量部以下が好ましく、０．５質量部以上５質量部以下がより好ましく、１質量部以上５質量部以下がさらに好ましい。錫系安定剤の含有量が、前記下限値以上であると、塩化ビニル樹脂の熱安定性をより高めやすい。前記上限値以下であると、発泡性樹脂組成物の耐熱性、加工性をより高めやすい。

任意成分の含有量は、塩化ビニル樹脂１００質量部に対して、３０質量部以下が好ましく、２０質量部以下がより好ましく、１０質量部以下がさらに好ましい。

本発明の発泡管継手は、塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を、発泡・成形したものであり、耐薬品性および断熱性に優れる。また、全体が塩化ビニル樹脂の発泡層からなる成形品であるにもかかわらず、耐衝撃性に優れる。
管継手の形状は、本実施形態のチーズ型（ティー型）に限らず、エルボ、レジューサ、バルブソケット、ニップル等の各種形状を適用することができる。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
各実施例及び比較例で使用した原料、評価方法は、以下の通りである。

［使用原料］
塩化ビニル樹脂：重合度６４０、徳山積水工業社製、商品名「ＴＳ−６４０Ｍ」。
発泡剤：アゾジカルボンアミド、永和化成社製、商品名「ＡＣ３」。
安定剤：メチル錫、勝田化工社製、商品名「ＫＭ−１９Ｄ−２」。

［耐衝撃性試験］
雰囲気温度０℃で、１ｍの高さから床（材質：コンクリート）に落とす落下試験を行い、下記の基準で判定した。落下試験は、１個の発泡管継手の複数の受口部の全部について行う。したがって、チーズ型管継手は、３つの受口部がそれぞれ床に衝突するように３回の落下試験を行った。
×：１つ以上の受口部で割れが発生した。
〇：全部の受口部で割れが発生しなかった。

（例１〜６）
例２〜４は実施例、例１、５、６は比較例である。
塩化ビニル樹脂１００質量部と、発泡剤１質量部と、安定剤２質量部を混合した発泡性樹脂組成物を射出成形して、図１〜３に示す形状の発泡管継手を製造した。成形温度は１７０℃、金型温度は４０℃、射出開始から脱型までの成形時間は１２０秒とした。
発泡管継手における各寸法が表１に示す通りとなるように、金型の寸法を変更した。
例５は、例３において射出ゲートの位置を受口部の開口部近傍に変更したほかは、例３と同様とした。
得られた発泡管継手について、表１に示す各項目について測定または評価を行った。発泡させなかった時の樹脂の比重は１．４であった。結果を表１に示す。
なお、例６は発泡性樹脂組成物の充填不足による開口部１２ｂの成形不良が生じたため、開口端部における発泡倍率の測定および耐衝撃性試験は行わなかった。

表１の結果に示されるように、（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が０．３〜０．７であり、本体部中央における発泡倍率が１．２〜２．５倍であり、かつ受口部の開口端部における発泡倍率が１．２〜１．５倍である例２〜４の発泡管継手は、耐衝撃性に優れる。
これに対して、受口部の開口端部における発泡倍率は１．０であるものの、（受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が小さい例１は、本体部中央における発泡倍率が低く、耐衝撃性が劣る。
例５は、射出ゲート部１４の位置を変更したため、受口部の開口端部における発泡倍率が高くなり、耐衝撃性に劣る。
例６は、受口部中央の厚さ（Ｔ２）が大きすぎるため、受口部に発泡性樹脂組成物の充填不足が生じたと考えられる。

１ 発泡管継手
１０ 本体部
１１ 開口部
１１ａ 第１の本体開口部
１１ｂ 第２の本体開口部
１１ｃ 第３の本体開口部
１２ 受口部
１２Ａ 第１の受口部
１２Ｂ 第２の受口部
１２Ｃ 第３の受口部
１２ａ テーパ部
１２ｂ 開口部
１３ 段部
１４ 射出ゲート部
Ｏ１ 第１の管軸
Ｏ２ 第２の管軸

Claims (6)

1. 塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を、発泡・成形してなる発泡管継手であって、
   内部に流路を有し、前記発泡性樹脂組成物を発泡・成形した発泡樹脂層からなる本体部と、
   前記該本体部と同じ発泡性樹脂組成物を発泡・成形した発泡樹脂層からなり、前記本体部の開口部に一体に形成された受口部とを有し、
   （受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が０．３〜０．７であり、
   本体部中央における発泡倍率が１．２〜２．５倍であり、かつ
   受口部の開口端部における発泡倍率が１．２〜１．５倍である、ことを特徴とする発泡管継手。
2. 塩化ビニル樹脂と発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を、発泡・成形してなる発泡管継手であって、
   内部に流路を有する本体部と、該本体部の開口部に一体に形成された受口部とを有し、
   （受口部中央の厚さ）／（本体部中央の厚さ）の比が０．３〜０．７であり、
   本体部中央における発泡倍率が１．２〜２．５倍であり、かつ
   受口部の開口端部における発泡倍率が１．２〜１．５倍である、ことを特徴とする発泡管継手（ただし、受口部が非発泡性樹脂で形成されたものを除く）。
3. 前記発泡管継手は、前記本体部に設けられた三つの開口部と、前記三つの開口部にそれぞれ一体に形成された三つの前記受口部とを有するチーズ型管継手であり、
   前記受口部の二つは前記本体部の管軸と同軸の円管状であり、
   前記本体部の表面上であって、前記三つの開口部からの距離が最も遠い位置に射出ゲート部が設けられている、請求項１又は２に記載の発泡管継手。
4. 前記発泡性樹脂組成物が錫系安定剤を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発泡管継手。
5. 前記錫系安定剤が、アルキル基がメチル基であるジアルキル錫の有機酸塩を含む、請求項４に記載の発泡管継手。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の発泡管継手の製造方法であって、前記発泡性樹脂組成物を射出成形する、発泡管継手の製造方法。

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