JPH05322080A - 補強された合成樹脂製フランジ付管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラント分野で用いられる大口径の複合管構
造のフランジ付管であって、使用に際してボルト締め等
により緊締固定した場合に、毀損することのない強度的
に優れたものを提供する。 【構成】 図２において、フランジ付管からなる本体部
４の鍔部２の内面に補強内層５が形成され、その上に芯
材６が積層され、この芯材６の外側コーナー部の周方向
に形成された多数の補強リブ９、９間が貫通孔１０とな
され、その内部に、繊維強化合成樹脂が充填されるとと
もに、本体部４の外側全体に補強外層１１が形成された
構造となっており、補強内層５及び補強外層１１を形成
する繊維強化合成樹脂と、貫通孔１０内の樹脂とが一体
的に硬化せしめられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として工場施設、機
械設備、船舶、車両、発電所等の分野で用いられる補強
された合成樹脂製フランジ付管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工場施設、機械設備、船舶、車
両、発電所等の分野で使用される合成樹脂製管体の口径
は概ね大口径であり、また輸送流体も例えば高温薬液等
危険物が多い。しかも、配管は外気中に長期にわたって
暴露される等比較的過酷な条件下で使用されるので、専
ら耐蝕性にすぐれ、強度の大きい管体や継手が要求され
る。

【０００３】そこで、かかる用途には、内層に硬質合成
樹脂を使用し、外層に繊維強化合成樹脂からなる補強層
を設けた所謂複合管が用いられる。そして、その管体を
相互に接続したり、バルブその他の機器類と接続したり
する場合には、フランジを用いた接続方法を採ることが
多い。この方法は、管体や機器の接続部に予めフランジ
を設けたり、フランジ付管継手を用いて、ボルト・ナッ
トにより接続するのであるが、このフランジ付管体やフ
ランジ付管継手も、当然繊維強化合成樹脂で補強された
ものが用いられる。

【０００４】例えば、図５に示すものは、フランジ付管
継手の一例であって、左半分を省略した断面図である。
これを作るには、先ず定尺に切断した合成樹脂製短管か
らなる管体ａの一端に、別途射出成形等により製造した
同じく合成樹脂製の鍔部ｂを、合成樹脂の溶接法により
一体的に接合して本体部ｃを成形する。次にこの本体部
ｃの、管体ａの外周面から鍔部の裏面にかけて、ガラス
チョップと硬化性樹脂とを吹きつけるスプレーアップ法
や、ガラス繊維織布又は不織布に硬化性樹脂を含浸させ
て積層するハンドレイアップ法により、繊維強化合成樹
脂からなる補強内層ｄを形成する。次に、この補強内層
ｄがほぼ硬化したならば、予め用意した管体ａよりも太
径の鍔付短管からなる金属製の芯材ｅ（通称「バックア
ップフランジ」）を挿入し、然る後、同じ材料を用い、
同じ要領で補強外層ｆを形成する。尚、ｇ、ｇは溶接部
分である。

【０００５】この金属製芯材ｅは、溶接部分を補強する
ためにインサートするのであって、大口径の管体の場合
は、管継手のようなブロック状のものであっても射出成
形法により一体的に成形することができず、上述のよう
にそれぞれ別体に製作した後、上述のように溶接法によ
って一体にせざるを得ないのである。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】ところで、この金属
製芯材は主として鋳鉄、鋼或いはこれらの合金等比較的
剛性に富む金属が用いられるが、この金属と繊維強化合
成樹脂層とは、元来接着性に乏しく、しかも、繊維強化
合成樹脂層の硬化時の収縮や金属との熱膨張係数の差等
により、芯材ｅと補強内層ｄ間、あるいは芯材ｅと補強
外層ｆとの間には、隙間ｈが発生しやすい。このような
隙間ｈが存在すると、芯材ｅが遊嵌された状態となる。
接続に際して、この状態のままでボルト締めを行うと、
溶接部ｇ、ｇに大きな剪断力が働いて壊れやすいという
問題があった。

【０００７】また、仮に芯材ｅが遊嵌されていなくと
も、上記ボルト締めの緊締力が強すぎると、金属の弾性
により芯材が変形し、本来の補強効果が無くなって、本
体部ｃの上記溶接部分ｇを破壊することがある。

【０００８】本発明は、上述の如き従来技術の欠点を解
消し、繊維強化合成樹脂層と芯材層との間に発生する隙
間ｈを少なくし、また、ボルト締め等の外力に充分耐え
ることができる補強された合成樹脂製フランジ付管を提
供することを目的としてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明は、「管体の端部に
鍔部が設けられた合成樹脂製の本体部と、管体外周面か
ら鍔部の裏面にかけて形成された繊維強化合成樹脂から
なる補強層とを有し、該補強層内に鍔付短管からなる金
属製の芯材が埋入されてなる合成樹脂製フランジ付管に
おいて、芯材の管部と鍔部との境目に、適宜間隔をおい
て、複数個の貫通孔が設けられ、該貫通孔内の繊維強化
合成樹脂により、芯材の内外の補強層が結合されている
ことを特徴とする補強された合成樹脂製フランジ付管」
をその要旨とするものである。

【００１０】即ち、本発明は金属製芯材の補強層内にお
ける固定の手段として、溶接部に最も近いところである
芯材の管部と鍔部との境目に、貫通孔を設けてその内部
にも繊維強化合成樹脂を充填せしめるとともに、芯材層
の内外面に設けられる繊維強化合成樹脂層を相互に部分
的に結合させ、上記境目及びその近辺での隙間の発生を
できるだけ抑え、また仮に隙間が発生しても補強層内で
の芯材の移動を阻止させることを骨子とするものであ
る。

【００１１】本発明の補強された合成樹脂製フランジ付
管の対象となる管体は、通常円管体であるが、卵形管の
ようなほぼ楕円形状の管体、円形に近い多角形の管体等
の各種管体がその対象となる。しかし、本発明の補強さ
れた合成樹脂製フランジ付管は、その他の横断面形状を
有する管体に採用することを妨げるものではない。

【００１２】本発明において、芯材の管部と鍔部との境
目に設けられる貫通孔は、その孔面積が大きくなりすぎ
ると、芯材自体の補強機能が低下し、また少なすぎると
繊維強化合成樹脂層によるところの、隙間の発生防止
と、補強層内での芯材の移動阻止との機能が低下する。
従って、その貫通孔の面積はフランジ付管の用途、口
径、合成樹脂層、繊維強化合成樹脂層、芯材層等の材
料、或いは、繊維強化合成樹脂層と芯材層との容積比率
等により、適宜設定される。

【００１３】また、本発明において、芯材に穿設される
貫通孔としては、管部と鍔部との境目に、周方向等間隔
に該貫通孔を穿設したものが最も簡単な構造であるが、
例えば、図４に示すように、芯材の管部７と鍔部８とを
別体に成形し、芯材の管部７の外周面から鍔部８の裏面
にかけて、管軸に垂直な方向の複数個の補強リブ９を架
設し、相隣接するこの補強リブ９と９との間を全て貫通
孔１０とすることにより、該貫通孔内に充填される繊維
強化合成樹脂層の効果を大きく生かすと共に、この補強
リブ９により芯材の脆弱化を防止した構造のものも推奨
される。

【００１４】また、本発明における芯材は、必ずしもそ
の全体が補強層内に完全に埋入される必要はなく、芯材
の形状・寸法如何によりその一部が本体部と直接接した
り、或いは外部に露出するものであってもよい。

【００１５】尚、金属製芯材の補強層に対する接着性を
高める為に、両者の界面に、金属と繊維強化合成樹脂層
との両方に対して、良好な接着性を示すとともに、耐熱
性、耐低温性等にも優れた性質を有する硬化性結合剤を
用いるのは任意である。該硬化性結合剤としては、例え
ば、ビスフェノール型エポキシ樹脂に、メタクリル酸等
を反応させて得られるエポキシアクリレート樹脂が好適
なものとして推奨される。通常、これに硬化剤、硬化促
進剤、防錆剤等が配合したものである。

【００１６】

【作用】本発明の補強された合成樹脂製フランジ付管
は、芯材の管部と鍔部との境目に、適宜間隔をおいて複
数個の貫通孔が設けられ、該貫通孔内の繊維強化合成樹
脂により、芯材の内外の補強層が結合されているから、
溶接部に最も近い箇所及びその近辺での隙間の発生が抑
制され、また、仮に隙間が発生しても、この貫通孔内の
繊維強化合成樹脂層がアンカー効果となって、補強層内
での芯材の移動が阻止される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す斜視図であ
って、フランジ付管の例を示す一部切欠断面図である。
図２（イ）は、図１において管軸を通り且つ補強リブを
通る平面で縦断し、右半分を省略して示す断面図であ
り、同図（ロ）は、同じく管軸を通り且つボルト孔を通
る平面で縦断し、右半分を省略して示す断面図である。

【００１８】これらの図において、１は、硬質塩化ビニ
ル樹脂製であって、口径２００〜６００ｍｍの管体であ
り、その一端に同じ材質からなる鍔部２が、溶接３、３
により一体的に設けられ、長さが２０〜４０００ｍｍの
本体部４を形成している。５は、鍔部２の裏面に形成さ
れたガラス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂からなる補
強内層であり、厚みは１〜５ｍｍである。

【００１９】６は、この補強内層５が未硬化の段階で積
層された鋼製の鍔付短管からなる芯材であり、図４にも
示すように、それぞれ別体に製作された管部７と鍔部８
とを有し、管部７の外径は、鍔部８の内径よりもやや小
となされ、且つ鍔部８よりもややずらした位置に配設し
た状態で、この両者を連結する補強リブ９、９・・によ
り固定されている。尚、リブをこのように設けたもの
は、ボルト締めの際に溶接部３に働くところの、剪断力
に対する対抗力をより助長する。

【００２０】この補強リブ９、９・・は、前述のとおり
軸芯に対して放射状に配列され、相隣接する補強リブ
９、９間が、管部７と鍔部８との境目に設けられた貫通
孔１０、１０・・となされている。

【００２１】１１は、補強内層５と同じ材料、同じ方法
で形成された補強外層であり、厚みは１〜１０ｍｍであ
る。尚、１２はボルト孔であり、１３はこのボルト孔に
対応して芯材に設けられたボルト孔であり、図１に示す
本発明のフランジ付管１４は、上述のような構成となさ
れている。

【００２２】次に、上記実施例に示した本発明のフラン
ジ付管の製造方法の一例について、図３により説明す
る。先ず、同図（イ）に示すように、本体部４に芯材６
を嵌挿する。次に同図（ロ）に示すように、芯材６を持
ち上げた状態で、本体部４の鍔部２の裏面に、ガラス繊
維を敷き詰めるとともに、その繊維間に、塗布ロール１
５により不飽和のポリエステル樹脂等の液状の熱硬化性
樹脂を含浸させ、補強内層５を形成する。

【００２３】次に、同図（ハ）に示すように、この補強
内層５が未硬化の段階で、本体部４のボルト孔１２と芯
材６のボルト孔１３との位置合わせを行った後、該芯材
６を押しつけ積層する。次いで、貫通孔１０により形成
されている空洞部内に、補強内層５と同じ材料を手作業
により充填し、補強内層５を形成する樹脂と一体化させ
る。

【００２４】次に、同図（ニ）に示すように、芯材６と
ともに、本体部４の外面全体に、スプレーアップ成形方
法等により、補強内層と同じ樹脂を積層し、補強外層１
１を形成し、しかる後、全体を加熱硬化させて図１に示
す本発明の補強されたフランジ付管１４が出来上がる。
本実施例のフランジ付管は、図面では補強リブ９の一部
が外に露出した恰好となされているが、このリブ間が繊
維強化合成樹脂で、埋め込まれたものとしてもよい。

【００２５】上述の本発明フランジ付管について行った
物性試験について述べる。尚、せん断接着強度は、９０
℃の温度条件下で、２００時間オーブン中に連続静置
し、せん断引っ張り試験法により行った。

【００２６】また、耐熱衝撃強度は、冷熱サイクル試験
機を使用し、１サイクルが９０℃が１時間、−１０℃で
１時間の、冷熱条件下に静置し、これを４０サイクル繰
り返した後の接着強度を測定した。

【００２７】その結果、芯材と補強層界面の強度は１０
０kg・f/cm² 以上であり、充分使用に耐え得るものであ
った。本発明の上記実施例では、直管の長いフランジ付
管体の例を示したが、フランジ付管継手の場合でも、全
く同様の作用効果を奏するものである。

【００２８】

【発明の効果】本発明の補強された合成樹脂製フランジ
付管は、芯材の管部と鍔部との境目に、適宜間隔をおい
て複数個の貫通孔が設けられ、該貫通孔内の繊維強化合
成樹脂により、芯材の内外の補強層が結合されているか
ら、溶接部に最も近い箇所及びその近辺での隙間の発生
が抑制され、また、仮に隙間が発生しても、この貫通孔
内の繊維強化合成樹脂層がアンカー効果となって、補強
層内での芯材の移動が阻止される。

【００２９】従って、接続に際してボルト締めを行って
も、溶接部に大きな剪断荷重がかからず、破損すること
がない。尚、芯材の管部の外周面から鍔部の裏面にかけ
て、管軸に垂直な方向の複数個の補強リブを架設したも
のは、ボルト締めの際に溶接部に働くところの、剪断力
に対しての対抗力をより助長する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図であって、フラ
ンジ付管の例を示す一部切欠断面図である。

【図２】図２（イ）は、図１において管軸を通り且つ補
強リブを通る平面で縦断し、右半分を省略した断面図で
あり、同図（ロ）は、同じく管軸を通り且つボルト孔を
通る平面で縦断し、右半分を省略した断面図である。

【図３】図１に示す本発明のフランジ付管の製造方法を
工程順に示す説明図である。

【図４】同上において、芯材のみを取り出して示す斜視
図である。

【図５】従来のフランジ付管継手の一例を示す左線分を
省略した断面図である。

【符号の説明】

１ 管体 ２ 鍔部 ３ 溶接 ４ 本体部 ５ 補強内層 ６ 芯材 ７ 管部 ８ 鍔部 ９ 補強リブ 10 貫通孔 11 補強外層 12 ボルト孔 13 ボルト孔 14 本発明のフランジ付管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｌ 23/032

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管体の端部に鍔部が設けられた合成樹脂
   製の本体部と、管体外周面から鍔部の裏面にかけて形成
   された繊維強化合成樹脂からなる補強層とを有し、該補
   強層内に鍔付短管からなる金属製の芯材が埋入されてな
   る合成樹脂製フランジ付管において、芯材の管部と鍔部
   との境目に、適宜間隔をおいて複数個の貫通孔が設けら
   れ、該貫通孔内の繊維強化合成樹脂により、芯材の内外
   の補強層が結合されていることを特徴とする補強された
   合成樹脂製フランジ付管。