JPH0321795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は強化ホース構造に関し、特にこれに
限定されるものではないが、回転式窄井掘削機械
において遭遇するような高圧用途に好適する強化
されたホースの構造に関する。

〔従来の技術〕

例えば、内径が50.8〜101.6mmである比較的に
大口径のホースは、窄井掘削機械に使用される場
合、掘削流体または泥の輸送または運搬のため
に、普通に使用されている。これらのホースは相
当に高い内圧、例えば、約34.47〜137.9MPa以上
の圧力に耐えるものでなければならず、また掘削
が進行するに伴いドリルパイプとともに下方に移
動し、また、ドリルパイプの各部の取付けを可能
とするために上昇させられるケリー（kelly joint
＝grief stem）に、掘削櫓の直立管を結合するた
めに充分な可撓性を有するものでなければならな
い。上記あるいは他の高圧用途の現在におけるホ
ースの構造には、弾性物質よりなる半径方向にお
いて最内側のチユーブと、この弾性チユーブを補
強するための一層以上の編織布が含まれているこ
とが普通である。

これらの層によりチユーブが補強されて、特に
ホースを比較的に小さい曲率半径まで曲げた場合
に、このようなホースの主強化ケーブルの間に、
チユーブが押出され、屈曲の曲率の中心から最も
離れているホース壁の部分に沿つて主ケーブルが
相互に拡離させられることが防止される。

この発明によれば、回転掘削作業の厳しい要求
に応じ得て、既知のホース構造に比較して大巾に
簡略化された強化ホース構造が提供される。

〔図面による説明〕

図面によつて、この発明を説明するが、図面は
この発明のホース構造の横断面図である。

図面に、この発明のホース構造１０の好ましい
態様が示されている。ホースの内側から外側に向
う場合、軸線１１に最も近い所に後記のような諸
性質を有する弾性物質からなるチユーブ１２が設
備される。チユーブ１２の半径方向の直接の外側
に、鋼製のケーブル１５よりなる少なくとも二つ
の層１６と１８が設備されている。層１６と１８
は、エラストマー物質１４中に埋設されている。
螺旋状に伸びるケーブル１５の層１６と１８の上
にゴム引き編織布の一層以上の層２０が存在させ
られる。

編織布の層２０上にホースの半径方向において
ホースの最外側の表面を形成する弾性物質の被覆
２２がある。回転式掘削用ホースは、高い脈動
圧、摩耗性泥、空気、水および炭化水素の流体の
影響を受けることが普通である。これらの因子
は、チユーブ１２に配合されるべきエラストマー
を選択するに当り考慮されなければならないもの
である。ホースを通して運搬される流体の性質と
チユーブのエラストマーについて、要求される化
学的抵抗性に応じて、アクリロニトリル−イソプ
レンコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマ
ー、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、また
は、これらのブレンドを含む他のエラストマーが
使用され得るが、アクリロニトリル／ブタジエン
ゴム系弾性物質が上記の用途に特に好適である。

チユーブ１２の弾性物質は、好ましくは、
ASTM Ｄ−412法による測定の結果としては、
伸び20％において4.13MPa以上の引張応力、
ASTM Ｄ−412法による測定の結果として150％
以上の破断伸びおよびASTM Ｄ−1053法による
測定の結果として、13.78MPa以上のヤング率を
有し、更に好ましくは、ASTM−Ｄ−412法によ
る測定の結果として伸び20％において、約
6.89MPa以上の引張応力、ASTM Ｄ−412法に
よる測定の結果として、200％の破断伸び、およ
びASTM Ｄ−1053による測定の結果として
24.13MPa以上のヤング率を有する。

高圧回転式の掘削装置に好適なホースにおいて
は、チユーブ１２は軸線１１を中心とするホース
１０の半径に沿つて測定した場合、4.76mm以上の
厚さがなければならない。

チユーブ１２の弾性物質に所要の上記の物性は
上記の群から選択されるエラストマーをベースと
する前記のコンパウンドとこのコンパウンド内に
おいてそのまま重合し得る反応性樹脂システムと
の組合せにより得られる。これら樹脂システムに
ついて、以下、更に説明する。回転式掘削の用途
に使用される場合には、以下の一般的な配合を有
する弾性コンパウンドが、この発明のホースのチ
ユーブ１２に使用されるに当り所要の物性を示
し、この配合はアクリロニトリル含有率が最低20
重量％であるアクリロニトリル−ブタジエンコポ
リマーまたはアクリロニトリル−イソプレンコポ
リマー75〜100重量部、およびスチレン−ブタジ
エンコポリマー、ポリクロロプレンまたはポリイ
ソプレンからなる群から選択されたエラストマー
25〜０重量部；および全エラストマーの各100重
量部当り、長さの範囲が約１〜３mmであり、長さ
対直径の比率の範囲が約100〜200であり、接着剤
を以て処理されたセルローズ系繊維例えば、モン
サント社製Santoweb Ｋ（登録商標）繊維の約10
〜50重量部、より好ましくは、約25〜35重量部；
ヘキサメチレンテトラミンと重合可能である反応
性フエノールホルムアルデヒド樹脂、例えば、フ
ツカー・ケミカル社（Hooker Chemical Corp.）
製のDurez 12686（登録商標）樹脂約10〜50重量
部、更に好ましくは、約20〜30重量部；ヘキサメ
チレンテトラミン約0.5〜5.0重量部、更に好まし
くは約1.6〜2.4重量部；補強充填剤、例えば、
ASTM Ｎ−330カーボンブラツクおよび／また
は水和シリカ約25〜100重量部、更に好ましくは
約40〜75重量部；酸化防止剤、例えば、重合した
２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノ
リン約0.5〜2.0重量部；酸化亜鉛約３〜10重量
部；ステアリン酸約0.5〜2.0重量部；ゴム可塑
剤、例えば、ジオクチルフタレート約10〜40重量
部；および硫黄約0.5〜3.0重量部とスルフエナミ
ド促進剤例えばＮ−オキシジエチレン−２−ベン
ゾチアジルスルフエナミドの約0.5〜2.0重量部と
からなるような代表的な硫黄硬化と促進剤のシス
テムからなる。

選定されるエラストマー、またはエラストマー
ブレンドに応じて、例えば、ポリエーテル、アジ
ペート、およびアゼレートなどの他の周知のゴム
可塑性を使用することも可能である。

可塑性の選定とその使用量は、エラストマーの
配合の分野において当業者周知の事項である。

反応性フエノール樹脂とは、メチレン供与体、
例えば、ヘキサメチレンテトラミン、テトラエチ
レンテトラミン、および、ヘキサメトキシメチル
メラミンと重合し得るものである。

チユーブ１２の弾性物質として、好適の反応性
フエノール樹脂は、好ましくはヘキサメチレンテ
トラミンを含有するか、あるいはヘキサメチレン
テトラミンが前記コンパウンドに添加される。

樹脂の融点、または軟化点は、121.1℃以下で
なければならない。市販品入手源は、アツシユラ
ンド・オイル・カンパニーの仔会社のアツシユラ
ンド・ケミカルズ社製の「Arofene」樹脂（登録
商標）、フツカー・ケミカル社製の「Durez」樹
脂（登録商標）、およびアメリカン・ヘキスト社
の工業薬品デイビジヨン製の「Alnovol」樹脂
（登録商標）などを含む。

反応性フエノール樹脂システムは、硫黄系硬化
システムとの適合性を有するため、好ましいもの
ではあるが、このフエノール樹脂に代替して他の
反応性樹脂システム、即ち、重合し得る樹脂シス
テム、例えば、セラミツクと酸化亜鉛；レゾルシ
ノールアルデヒド樹脂とヘキサメチレンテトラミ
ンなどメチレン供与体；イソシアヌレートを含む
モノマーと有機過酸化物；アクリレートを含むモ
ノマーと有機過酸化物；およびアリル性二重結合
を含むモノマーと有機過酸化物などが使用可能で
ある。

この発明の実施に当つて有用なモノマーの代表
例として、アリルメタリレート、ジアリルフマレ
ート、トリエチレングリコールジメタクリレー
ト、１，３−ブチレングリコールジアクリレー
ト、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレー
ト、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、
エトキシレーテツドビスフエノールＡジメタクリ
レート、トリメチロールプロパントリメタクリレ
ート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソ
シアヌレート、トリアリルトリメリテート、およ
びジアリルフタレートが含まれる。

この発明の実施に当つて有用な有機過酸化物の
代表的として、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ
−ブチルパーオキサイド、２，４−ペンタンジオ
ンパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−
ビス（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｎ−ブ
チル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バ
レレート、および１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオ
キシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンが
含まれる。

他のエラストマーあるいは樹脂システムが選定
された場合、前記の一般的な配合中の反応性樹脂
システムに与えられる範囲は所要の範囲ではあり
得ないが、上記の列挙された樹脂システムは全て
発明のチユーブ１２を包含するホース用のエラス
トマーを充分に補強し得るものと確信される。

反応性樹脂システムの適当量を決定することは
エラストマー配合の分野における当業者の技能中
に良好に存在することと確信される。

また、ここに提供される他の模範的な配合例に
示されるように、離散短繊維は異なる補強機構に
より安全に余裕を提供するのであるために、離散
短繊維の使用は、回転式掘削ホースにおいては、
好ましいことであるが、必須とは考えられない。

〔実施例〕

以下、上記の所要物性を発生するコンパウンド
の実施例を示す。全ての配合表はエラストマー
100重量部当り重量比の部数により示される。

実施例 アクリロニトリル／ブタシエンコポリマー （アクリロニトリル含有率32重量％） 100 ASTM Ｎ−330 カーボンブラツク 50 水和シリカ 10 ジオクチルフタレート 20 酸化防止剤 １ 酸化亜鉛 ５ ステアリン酸 １ 接着剤処理済セルロース系繊維 （Santoweb（登録商標）Ｋ） 30 フエノールホルムアルデヒド樹脂 （Durez 12686（登録商標）） 25 ヘキサメチレンテトラミン ２ 硫黄 1.5 スルフエナミド促進剤 １ 上記成分を混合して、60分間146.1℃にて、加
硫した結果、下記の如き物性が認められた。

試験項目 試験方法 測定値 伸び20％における 引張応力 Ｄ−412 6.89MPa 破断伸び Ｄ−412 290％ ヤング率 Ｄ−1053 25.51MPa 実施例 下記のコンパウンドは石油系掘削流体に対する
抵抗性が低いために回転式掘削ホースのチユーブ
用としては推奨されるものでないが、高圧水用の
ホースとしては使用可能であつた。

スチレン−ブタジエンコポリマー 100 スチレン含有率23重量％） ASTM Ｎ−330カーボンブラツク 85 芳香族石油系油 15 酸化防止剤 ３ 酸化亜鉛 ３ ステアリン酸 １ フエノール樹脂「Alnovol」登録商標VPN−16
ヘキスト製） 20 ヘキサメチレンテトラミン 1.6 硫黄 1.8 スルフエナミド促進剤 1.2 上記各成分が配合され、60分間146.1℃にて加
硫された結果、次の通りの物性が認められた。

試験項目 試験方法 測定値 伸び20％における 引張応力 Ｄ−412 5.17MPa 破断伸び Ｄ−412 260％ ヤング率 Ｄ−1053 47.57MPa 実施例 アクリロニトリル−ブタジエンコポリマー 100 （アクリロニトリル含有率39重量％） 酸化亜鉛 ５ ステアリン酸 １ ASTM Ｎ−550カーボンブラツク 40 トリメチロールプロパントリメタクリレート 20 不活性充填剤に担持された40重量％ ジクミルパーオキサイド ４ 上記各成分が配合され、30分間154.4℃にて加
硫された結果、下記の物性が認められた。

試験項目 試験方法 測定値 伸び20％における 引張応力 Ｄ−412 5.51MPa 破断伸び Ｄ−412 160％ ヤング率 Ｄ−1053 17.23MPa 回転式掘削ホースなどの製造を企図する場合は
アクリロニトリル含有エラストマーがチユーブ用
として特に望ましい。このエラストマーのアクリ
ロニトリル含有率は、要求される化学的抵抗性の
程度に応じて17〜50重量％の範囲において変動が
可能であるが、アクリロニトリル含有率は20％以
上であることが好ましい。

スチールケーブル１５が埋設されているエラス
トマー層１４は、スチールケーブルならびに半径
方向内方に位置する弾性物質チユーブ１２と半径
方向外方に位置するゴム引き編織布プライ２０に
対する接着性が増進されるように選定される。

この応用への適当する組成物については、当業
者にとつて周知のことであるから、これ以上の説
明は行わない。

外側の弾性物質の被覆２２は編織布プライ２０
とともに前記の主補強ケーブル１５を保護する。

〔比較例〕 次に、比較のための従来品と発明の実施品とを
数値を以て比較して示せば、下記の通りであつ
た。

内径76.2mm、チユーブの厚さ3.15mmであり４層
の編織布層、第一層の3.97mm直径ケーブルの43
本、第二層の3.97mmの直径のケーブルの46本、お
よびケーブルを被覆する２層の編織物層を有する
従来品通りのロータリーホースが製造された。こ
のホースの破裂圧力は、94.5MPaであつた。

次に、同様のホースがケーブルの44本と48本を
以て製造されたが、この第二のホースの破裂圧力
は、100MPaであつた。

特許請求の範囲に記載される特性を有し、内径
が63.5mm、チユーブの厚さが7.1mmであつて第一
のケーブル層とチユーブとの間に編織布補強がな
く、第一のケーブル層は3.97mmのケーブルの38
本、この第一層の上に3.97mmのケーブルの42本の
第二層が置かれ、その上に外側の二層の編織布物
層が置かれた。

このホース破裂圧力は110.3MPaであつた。

この発明の適用によつて、チユーブと補強ケー
ブルとの間に高価な編織物補強がなくても、同等
またはそれ以上の破裂強度を有するロータリーホ
ースの製造が、可能であることが認められ得る。

この発明を説明するために、いくつかの代表的
な実施態様とその詳細、および実施例と比較例の
数値を示したが、この発明の精紳、あるいは特許
請求の範囲から逸脱することなく、各種変更改良
がなされ得ることは当業者に明らかである。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明のホース構造を示す横断面図
である。 図中記号リスト、１０：ホース構造、１１：軸
線、１２：チユーブ、１４：エラストマー物質、
１５：補強ケーブル、１６：補強ケーブル層、１
８：補強ケーブル層、２０：編織布プライ、２
２：被覆。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内側から外側へ向つて、(A)ASTM Ｄ−412
   法により測定した場合、伸び20％において、
   4.13MPa以上の引張応力、同Ｄ−412法により測
   定した場合、150％以上の破断伸び、および同Ｄ
   −1053法により測定した場合、13.78MPa以上の
   ヤング率を有する弾性物質のチユーブ、(B)螺旋状
   に伸びる補強部材の二層であつて、その隣接する
   層の部材がホースの軸線に対して反対に配向され
   ており、これらの層が弾性物質中に封入されてい
   る二層、および(C)ホースの半径方向の最外表面を
   形成する弾性物質の被覆からなることを特徴とす
   る強化ホース構造。 ２ チユーブが、4.76mm以上の厚さを有して、チ
   ユーブの弾性物質がASTM Ｄ−412法により測
   定した場合、伸び20％において6.89MPa以上の引
   張応力、同Ｄ−412法により測定した場合に200％
   以上の破断伸び、および同Ｄ−1053法により測定
   した場合24.13MPa以上のヤング率を有する特許
   請求の範囲第１項記載のホース構造。 ３ チユーブの弾性物質が、アクリロニトリルー
   ブタジエンコポリマー、アクリロニトリル−イソ
   プレンコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリ
   マー、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、また
   はこれらの配合物よりなる群から選択されたエラ
   ストマーおよび特許請求の範囲第１項記載の物理
   的特性を提供するに充分な量の反応性樹脂システ
   ムからなり、この反応性樹脂システムはセラツク
   と酸化亜鉛、レゾルシノールアルデヒド樹脂とメ
   チレン供与体、カテコールアルデヒド樹脂とメチ
   レン供与体およびジクミルパーオキサイド、ジ−
   ｔ−ブチルパーオキサイド、２，４−ペンタンジ
   オンパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５
   −ビス（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｎ−
   ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）
   バレレート、および１，１−ジ−ｔ−ブチルパー
   オキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン
   よりなる群から選ばれた有機過酸化物と組合わさ
   れたアリルメタクリレート、ジアリルフマレー
   ト、トリエチレングリコールジメタクリレート、
   １，３−ブチレングリコールジアクリレート、
   １，６−ヘキサンジオ−ルジメタアクリレート、
   ペンタエリスリト−ルテトラアクリレート、エト
   キシレーテツドビスフエノールＡジメタクリレー
   ト、トリメチロールプロパントリメタクリレー
   ト、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシ
   アヌレート、トリアリルトリメリテートおよびジ
   アリルフタレートよりなる群から選ばれたモノマ
   ーから選択される特許請求の範囲第１項記載のホ
   ース構造。 ４ チユーブ弾性物質が、アクリロニトリル−ブ
   タジエンおよびアクリロニトリル−ブタジエンと
   スチレン−ブタジエンの配合物よりなる群から選
   ばれたエラストマー100重量部当り、反応性フエ
   ノール樹脂10〜50重量部、ヘキサメチレンテトラ
   ミン、テトラエチレンテトラミンおよびヘキサメ
   トキシメチルアミンよりなる群より選択されたメ
   チレン供与体0.5〜5.0重量部、カーボンブラツク
   および水和シリカよりなる群から選ばれた補強充
   填剤、25〜100重量部、ゴム可塑性10〜40重量部、
   酸化防止剤、0.5〜2.0重量部、酸化亜鉛３〜10重
   量部、ステアリン酸0.5〜2.0重量部、硫黄0.5〜３
   重量部、およびスルフエナミド促進剤、0.5〜２
   重量部よりなる特許請求の範囲第１またま２項記
   載のホース構造。 ５ チユーブ弾性物質が、更にエラストマー100
   重量部当り、１〜３mmの長さと100〜200の長さ対
   直径比を有する接着剤処理済セルロース系繊維10
   〜50重量部を含む特許請求の範囲第４項に記載の
   ホース構造。 ６ エラストマー被覆の編織布の層が、螺旋状に
   巻かれた補強部材の半径方向最外層と、ホースの
   半径方向最外表面との間に挿入される特許請求の
   範囲１、２、または３項記載のホース構造。