JPH05149479A - 複合管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温の排水等の流体が断続的に流れるような
過酷な使用条件下でも、耐蝕合成樹脂層の収縮や剥離の
ない、耐蝕性、耐熱水性、耐久性に優れた複合管を得
る。 【構成】 鋼管２の内面に三次元方向に成長した針状結
晶体を含有する合成樹脂層３が形成されている複合管
１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給水、給湯、薬品輸
送、排水等の用途に適した、耐蝕性、耐熱水性、耐久性
に優れた複合管に関する。

【０００２】

【従来の技術】耐蝕用途に用いられる管としては、従来
より、金属管の内面に耐蝕層となる合成樹脂層を、接着
剤層を介して設けた複合管、あるいは接着剤を使用する
ことなく直接融着して設けた複合管等が知られている。

【０００３】しかし、合成樹脂の線膨張係数は金属の線
膨張係数に対し著しく大きいために、このような複合管
内に温度の高い流体を断続的に流した場合、金属管と合
成樹脂層はそれぞれの線膨張係数に応じて長さ方向及び
円周方向に伸縮を繰り返す結果、金属管と接着剤層ある
いは合成樹脂層の間が剥離したり、あるいは合成樹脂層
に残留していた成形歪が開放されて合成樹脂層が収縮
し、金属管の管端より著しく引込んで流体が金属管に直
接触れ、その結果、金属管に錆や腐食が発生したり、穴
が開くといった事故を引き起こすことがあった。

【０００４】この問題を解決するため、金属管内に接着
剤層を介して無機充填材２０重量部以上を含む合成樹脂
管を設けた複合管が、特開昭５５−１６１６３９号公報
に開示されている。

【０００５】しかし、上記公報の複合管においては、炭
酸カルシウム、カーボンブラック、金属粉等粉粒体状の
無機充填材を使用するために、合成樹脂管の伸縮を抑制
する作用が充分でなく、また、成形時にまとまり難い、
表面状態が悪い等の問題があった。

【０００６】そこで発明者は、その解決策として、金属
管の内面に繊維状無機充填材を含む接着性合成樹脂層
（以下「繊維状無機充填材含有樹脂層」と称する）が溶
融接着されて形成されている複合管を提案した（平成３
年特許願第２４６００１号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明技術は、チタ
ン酸カリウムウイスカーあるいはガラス短繊維を添加し
たシラン架橋ポリエチレンを鋼管内面に溶融押出しして
融着した複合管で、通常の使用条件においては充分な耐
蝕性、耐熱水性を備えている。

【０００８】しかしながら、このような複合管において
は、添加される無機充填材が繊維状であるため、どうし
ても長さ方向あるいは円周方向に配向してしまって厚さ
方向には配向しにくく、従って厚さ方向の収縮を抑制し
にくい。その結果、大きな病院、学校、飲食店等の排水
管等のように、高温の排水が頻繁且つ大量に流れるよう
な非常に過酷な条件下で使用される場合には、繊維状無
機充填材含有樹脂層が厚さ方向に収縮して鋼管との間に
隙間ができ、耐久性が低下するという問題がある。

【０００９】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、高温の排水が頻繁に流れるような、過
酷な条件下での使用にも耐える耐蝕性、耐熱水性、耐久
性を備えた複合管を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の複合管は、金属管の内面に、三次元方向
に成長した針状結晶体を含有する合成樹脂層が形成され
ていることを要旨とするものである。

【００１１】本発明において、金属管としては鋼管、メ
ッキ鋼管、ステンレス鋼管、アルミニウム管、銅管等、
一般に金属管と呼ばれるものが使用される。金属管の内
面は、アルカリ等による脱脂処理、塩酸、硫酸、硝酸等
による錆等の酸化膜除去処理等を施した後、燐酸亜鉛、
燐酸鉄、しゅう酸等による防錆処理、更に接着性を良好
にするためにカップリング処理、メッキ鋼管の場合には
クロメート処理等を施すことが好ましい。

【００１２】本発明において、合成樹脂（以下「樹脂」
と称する）としては公知の樹脂が使用可能であるが、金
属との接着性の良好なものが好ましく、例えばシラング
ラフトポリエチレン、カルボン酸変性ポリエチレン、ポ
リ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリビニルアル
コール、ポリアミド等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリイソシアネート等
の熱硬化性樹脂等が好適である。

【００１３】本発明において、三次元方向に成長した針
状結晶体（以下「三次元針状結晶体」と称する）として
は、図１に模式的に示される酸化亜鉛ウイスカーのよう
にテトラポッド状に正四面体の中心Ｏから４つの各頂点
Ａ〜Ｄへ向けて成長した針状結晶よりなるもの、正八面
体の中心から６つの各頂点へ向けて成長した針状結晶よ
りなるもの等があげられる。

【００１４】これらの三次元針状結晶体には、樹脂との
なじみを良くするために表面処理を施すことが好まし
く、そのための表面処理剤としてはビニルトリアルコキ
シシラン、アミノシラン、エポキシシラン等のシランカ
ップリング剤や、チタンカップリング剤等があげられ
る。

【００１５】上記の三次元針状結晶体は、樹脂１００重
量部に対し２〜３０重量部添加することが好ましい。２
重量部未満では樹脂の線膨張係数を小さくする効果が少
なく、３０重量部超では三次元針状結晶体を含有する合
成樹脂層（以下「三次元針状結晶体含有樹脂層」と称す
る）の表面の平滑性、成形性、引張強さ、延性等が低下
するとともに、コスト高となる。

【００１６】なお、三次元針状結晶体含有樹脂層の内面
からの熱水や水蒸気の吸収・透過を抑制する目的等で、
三次元針状結晶体含有樹脂層の内面に、三次元針状結晶
体及びその他の無機充填材を含有しない樹脂層（以下
「無機充填材なし樹脂層」と称する）が設けられていて
もよい。また、三次元針状結晶体含有樹脂層と無機充填
材なし樹脂層は明確に区分されていてもよく、明確に区
分されずに、金属管に接する外層側から内層側へと三次
元針状結晶体の含有率が徐々に減少するようになされて
いてもよい。また、三次元針状結晶体含有樹脂層と無機
充填材なし樹脂層が、それぞれ複数設けられていてもよ
い。

【００１７】金属管の内面に三次元針状結晶体含有樹脂
層（Ａ）を形成する方法としては、融着法、接着法など
が採用される。融着法としては、金属管内に予め押出成
形された三次元針状結晶体含有樹脂管を挿入し、金属管
を加熱しつつ同樹脂管内に高温の気体を注入して加熱膨
張させて融着する方法、同様に金属管内に同樹脂管を挿
入し、金属管を加熱しつつロールあるいはダイス等によ
って「しごき」をかけ縮径して融着する方法、金属の帯
板を溶接製管しながら管内に連続的に三次元針状結晶体
含有樹脂を筒状に溶融押出しして融着する方法等があげ
られる。また、接着法としては、金属管の内面または予
め押出成形で成形された三次元針状結晶体含有樹脂管の
外面、もしくはそれらの両方に接着剤を塗布・乾燥した
後、金属管の内面に同樹脂管を挿入し、金属管を加熱し
つつ同樹脂管内に高温の気体を注入して加熱膨張させて
接着する方法、金属管を加熱しつつロールあるいはダイ
ス等によって「しごき」をかけ縮径して接着する方法等
があげられる。

【００１８】また、金属管の内面に形成された（Ａ）の
内面に、更に無機充填材なし樹脂層（Ｂ）を形成する方
法としては、（Ａ）の内面に予め押出成形された無機充
填材なし樹脂管を挿入し、金属管と（Ａ）を加熱しつつ
樹脂管内に高温の気体を注入して加熱膨張させて融着す
る方法、（Ａ）の内面に連続的に無機充填材なし樹脂を
筒状に溶融押出しして融着する方法、（Ａ）の内面また
は予め押出成形された無機充填材なし樹脂管の外面、も
しくはそれらの両方に接着剤を塗布・乾燥した後、
（Ａ）の内面に無機充填材なし樹脂管を挿入し、金属管
と（Ａ）を加熱しつつ無機充填材なし樹脂管内に高温の
気体を注入して加熱膨張させて接着する方法等であって
もよいが、金属管の内面に上記（Ａ）、更にその内面に
（Ｂ）をより効率的に、且つ、強固に形成する方法とし
ては、金属管の内面に三次元針状結晶体含有樹脂と無機
充填材なし樹脂とを、二層同時に溶融押出しし融着する
方法がより好適である。

【００１９】

【作用】三次元針状結晶体は線膨張係数が樹脂に比べて
著しく小さく、通常の金属材料に比べても小さいので、
三次元針状結晶体が添加された樹脂を成形して得られた
三次元針状結晶体含有樹脂層の線膨張係数は著しく小さ
くなる。

【００２０】更に、添加される三次元針状結晶体は針状
結晶が三次元方向に成長し、三次元針状結晶体含有樹脂
層内で三次元に配向しているので、成形時の残留歪み、
及び成形後の冷熱繰り返しによる残留歪み開放時の伸縮
が、三次元方向、即ち同樹脂層の長さ・円周・厚さの三
方向に概ね均一に抑制され、その結果、複合管に繰り返
し温度変化が加えられても、同樹脂層が収縮して金属管
の管端より引っ込んだり、金属管と樹脂層の間に隙間が
あいたり、剥離が発生することがない。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を、実施例により図面を参照し
て説明する。 （実施例１）図２は、本発明実施例１の複合管を示す一
部切欠正面図である。

【００２２】鋼帯板の片面にアルカリ液による脱脂処
理、硝酸による酸化膜除去処理、燐酸亜鉛による防錆処
理を施し、上記処理面を内側にして連続的に溶接し、外
径１１４．３ｍｍ、肉厚２．０ｍｍの鋼管２を製管しな
がら、その内面に、樹脂１００重量部に対し三次元針状
結晶体２０重量部を添加したシラン架橋ポリエチレンを
溶融押出しして融着し、鋼管２の内面に厚さ２．５ｍｍ
の三次元針状結晶体含有樹脂層３が形成された複合管１
を得た。三次元針状結晶体としては、図１に示されるよ
うな三次元方向に針状結晶体が成長した、繊維径（図１
のｄ）０．２〜２μｍ、繊維長（図１のｘ）３〜４０μ
ｍの酸化亜鉛ウイスカーを使用した。この酸化亜鉛ウイ
スカーは、アミノシランカップリング剤による表面処理
を施したものを用いた。

【００２３】この複合管１について、ＪＩＳ Ｋ６８５
４「接着剤の剥離接着強さ試験方法」に準じて（但し巾
１０ｍｍの「Ｔ型剥離試験片」で実施）、鋼管２と三次
元針状結晶体含有樹脂層３間の剥離接着強度を測定した
結果、３５ｋｇｆ／１０ｍｍであった。

【００２４】次いで、この複合管１の５ｍについて、９
０℃の熱湯を３分間通し、その後２０℃の水道水を３分
間通す操作を１５０００サイクル繰り返す加熱−冷却テ
ストを行った。テスト終了後管端部を観察した結果、両
管端部とも三次元針状結晶体含有樹脂層３の長さ方向の
収縮、剥離、鋼管２との間の隙間の発生等の異常は認め
られなかった。 （実施例２）図３は、本発明実施例２の複合管を示す一
部切欠正面図である。

【００２５】実施例１と同様にして鋼管２１を製管しな
がら、その内面に、実施例１と同じ酸化亜鉛ウイスカー
を樹脂１００重量部に対し２０重量部添加したシラン架
橋ポリエチレンと、無機充填材を含まないシラン架橋ポ
リエチレンを二層同時押出しして、鋼管２１の内面に厚
さ２．０ｍｍの三次元針状結晶体含有樹脂層３１、更に
その内面に厚さ０．５ｍｍの無機充填材なし樹脂層４が
形成された複合管１１を得た。

【００２６】この複合管１１について、実施例１と同じ
方法で鋼管２１と三次元針状結晶体含有樹脂層３１間の
剥離接着強度を測定した結果、３５ｋｇｆ／１０ｍｍで
あった。

【００２７】次いで、実施例１と同じ方法で加熱−冷却
テストを行った結果、両管端部とも、鋼管２１と三次元
針状結晶体含有樹脂層３１、及び三次元針状結晶体含有
樹脂層３１と無機充填材なし樹脂層４の長さ方向の収
縮、剥離、鋼管２１との間の隙間の発生等の異常は認め
られなかった。 （実施例３）図４は、本発明実施例３の複合管を示す一
部切欠正面図である。

【００２８】実施例１と同様にして鋼管２２を製管しな
がら、その内面に厚さ０．５ｍｍのポリウレタン系の接
着剤５を塗布し、次いで実施例１と同じ酸化亜鉛ウイス
カーを樹脂１００重量部に対し２０重量部添加したシラ
ン架橋ポリエチレンを溶融押出しして融着し、厚さ２．
０ｍｍの三次元針状結晶体含有樹脂層３２が形成された
複合管１２を得た。

【００２９】この複合管１２について、実施例１と同じ
方法で鋼管２２と三次元針状結晶体含有樹脂層３２間の
剥離接着強度を測定した結果、２０ｋｇｆ／１０ｍｍで
あった。

【００３０】次いで、実施例１と同じ方法で加熱−冷却
テストを行った結果、両管端部とも、三次元針状結晶体
含有樹脂層３２の長さ方向の収縮、剥離、鋼管２２との
間の隙間の発生等の異常は認められなかった。 （比較例１）図５は、比較例１の複合管を示す一部切欠
正面図である。

【００３１】実施例１と同様にして鋼管２３を製管しな
がら、その内面に、平均直径１０μｍ、平均繊維長０．
４ｍｍのガラス短繊維を樹脂１００重量部に対し２０重
量部添加したシラン架橋ポリエチレンを溶融押出しして
融着し、厚さ２．５ｍｍの繊維状無機充填材含有樹脂層
６が形成された複合管１３を得た。

【００３２】この複合管１３について、実施例１と同じ
方法で鋼管２３と繊維状無機充填材含有樹脂層６間の剥
離接着強度を測定した結果、２４ｋｇｆ／１０ｍｍであ
った。

【００３３】また、実施例１と同じ方法で加熱−冷却テ
ストを行った結果、繊維状無機充填材含有樹脂層６の長
さ方向の収縮は見られなかったが、両管端部で長さ約１
０ｍｍにわたって繊維状無機充填材含有樹脂層６が直径
方向に収縮して鋼管２３から剥離し、鋼管２３との間に
約１ｍｍの隙間が発生しているのが認められた。 （比較例２）酸化亜鉛ウイスカーの代わりに、比較例１
と同じガラス短繊維を使用した以外は実施例３と同じ方
法で、鋼管の内面にポリウレタン系の接着剤を介して繊
維状無機充填材含有樹脂層が形成された複合管を得た。

【００３４】この複合管について、実施例１と同じ方法
で鋼管と繊維状無機充填材含有樹脂層間の剥離接着強度
を測定した結果、２０ｋｇｆ／１０ｍｍであった。ま
た、実施例１と同じ方法で加熱−冷却テストを行った結
果、無機充填材含有樹脂層の長さ方向の収縮は見られな
かったが、両管端部で長さ約５ｍｍにわたって無機充填
材含有樹脂層が直径方向に収縮して鋼管から剥離し、鋼
管との間に約１ｍｍの隙間が発生しているのが認められ
た。 （比較例３）実施例１と同様にして鋼管２４を製管しな
がら、その内面に、無機充填材を添加しないシラン架橋
ポリエチレンを溶融押出しして融着し、厚さ２．０ｍｍ
の無機充填材なし樹脂層４１が形成された複合管１４を
得た。

【００３５】この複合管１４について、実施例１と同じ
方法で鋼管２４と無機充填材なし樹脂層４１間の剥離接
着強度を測定した結果、１７ｋｇｆ／１０ｍｍであっ
た。また、実施例１と同じ方法で加熱−冷却テストを行
った結果、無機充填材なし樹脂層４１が両管端部で長さ
方向に２５ｍｍ収縮しているのが認められ、且つ、長さ
約５０ｍｍにわたって無機充填材なし樹脂層４１が直径
方向に収縮して鋼管２４から剥離し、鋼管２４との間に
約３ｍｍの隙間が発生しているのが認められた。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の複合管は、非常に過酷な加熱−冷却の繰り返しに対し
ても三次元針状結晶体含有樹脂層の長さ方向及び直径方
向の収縮及び金属管からの剥離が発生せず、優れた耐蝕
性、耐熱水性、耐久性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合管に使用される三次元方向に成長
した針状結晶体の一例を示す説明図である。

【図２】実施例１の複合管を示す一部切欠正面図であ
る。

【図３】実施例２の複合管を示す一部切欠正面図であ
る。

【図４】実施例３の複合管を示す一部切欠正面図であ
る。

【図５】比較例１の複合管を示す一部切欠正面図であ
る。

【図６】比較例３の複合管を示す一部切欠正面図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，１２，１３，１４ 複合管 ２，２１，２２，２３，２４ 鋼管 ３，３１，３２ 三次元針状結晶体含
有樹脂層 ４ 無機充填材なし合成
樹脂層 ５ 接着剤 ６ 繊維状無機充填材含
有樹脂層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属管の内面に、三次元方向に成長した
   針状結晶体を含有する合成樹脂層が形成されていること
   を特徴とする複合管。