JPS63295692A - 鋼材への防食材料の貼着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高能率で高性能の防食材料を鋼材に貼着する方
法に関する。

〔従来の技術〕

ガス・水道用などの地中埋設配管や、港湾・河川などの
土木工事において使用される鋼管杭や鋼矢板においては
、要求される耐用年数は数十年を越え、一方では使用環
境は悪化の一途をたどっていて、より優れた耐腐食性能
が要求されるようになってきている。

この目的を達成するために、従来から電気防食、防食塗
装、モルタル被覆などの各種防食法が採用されてきたが
、防食材料を鋼材に被覆する従来の技術としては、鋼材
を予め加熱し、これにシート状のプラスチック防食材料
を圧着溶融させる方法、例えば特開昭５９−２２４７１
９、被覆すべき鋼材面の形状とほぼ同一に成形した薄層
成形体を接着剤を用いて接合する方法（特開昭６Ｏ−３
３９３７）、例えば粉粒状のプラスチック素材を鋼材表
面にふりかけ鋼材の熱によってこれを融着させるなどの
技術がある。しかしこのような従来技術は生産性が低か
ったり、接着性能が劣っていたり、表面しわなどが生じ
て仕上り不良となるなどの聞届があった。

これらの問題点を解決する技術として、特開昭６２−５
８３７が開示されており、優れた防食層を形成すること
ができるが、装置がやや複雑である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこれらの従来の方法に比較して、接着性能が優
れ、耐用年数が長く、またその製造設備も小型で安価で
あることを特徴として、土木用をはじめとして各種鋼材
に防食材料を被覆貼着する方法を提案するものである。

本発明方法は、防食能力に優れた高分子材料を確実に、
かつ低コストで貼着することができ、接着部の接着不良
や空気泡巻き込みなどの恐れのない方法である。

以下の説明は主として溝型鋼矢板を例にとっているが、
言うまでもなく、鋼管その他の材料にも簡単に適用する
ことができる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明方法は次の手段を問題解決のための技術的特徴と
するものである。

■　防食材料である高分子材料のシートを表層と薄い接
着層の２層構造とし、その接着層に、例えばフェライト
に代表される高磁気損失と高誘電損失性源を合わせもつ
材料の微小粒子を混入分散させておく、。

■　このシートを鋼材の表面に展装する。

■　上記シートに高周波電磁波を照射して瞬間的に発熱
させ、薄い接着層自体の発熱により接着を行う。

■　この接着の際に適宜の方法によりシートを鋼材に圧
着すると一層好ましい。

〔作用〕

本発明は防食材料である高分子材料シート、例えばポリ
エチレンシートを表層と接着層の２層に形成し、接着層
高磁気損失および高透電率性能を有する材料を混入分散
させておく、まずこの混入材料について述べる。この混
入材料は電磁波を吸収するものである。

近年、電磁波漏洩とか電磁波障害に対する関心が高まり
各種の電波吸収体が開発されているが、これの動作原理
を分類すると、 イ）導電体の抵抗損失を利用するもの。

口）誘電体の誘電損失を利用するもの。

ハ）磁性体の高周波磁界中の磁気損失を利用するもの。

の３種類の形態が考えられる。もちろんこれらの組み合
わせもあり得る。このうち磁気損失を利用するものとし
ては、従来からカーボニル鉄粉を絶縁媒体中に分散させ
たものなどが電磁吸収壁として使用されている例がある
。

本発明においてもこの性質を利用してポリエチレンの接
着に生かすことを狙ったもので、電波吸収体として強磁
性体、特にフェライト材料の高周波帯域における磁気損
失能に着目した。フェライトは耐候性、絶縁性に優れた
材料であり、電波吸収によりその損失を熱エネルギーの
形に変換する特性がある０本発明はこの特性を利用して
ポリエチレンシートを加熱融着させるものである。

〔実施例〕

土中に埋設される鋼材の防食材料として、ポリエチレン
が透水性・吸水性が低いこと、耐薬品性に優れているこ
と、絶縁抵抗が極めて高いこと、化学的に安定であるこ
と等の特性により多用されており、本発明にて使用する
ポリエチレン素材の特性を例示すると次のようなもので
ある。

比重：　０．９５２〜０．９６５ 引張強さ：　２２０〜３２０ｋｇｆ／ｃｒｎ’伸　　び
　　：１０−１２０％ ショア硬度：Ｄ６６〜７３ 材料厚み：３ｍｍ ポリエチレンは典型的な無極性ポリマであって、接着剤
で接合したり、表面に堅牢な印刷を施すのは困難な高分
子材料である。またポリエチレンは芳香族、炭化水素ま
たは塩素化炭化水素系の溶剤にはわずかに溶解するが、
常温ではポリエチレンを完全に溶解する溶剤はない。

このように、ポリエチレンに対して、いまのところ強固
に接合できる溶着材もなく、工業的に利用できる接合方
法としては熱融着のみと考えられるが、この熱融着も普
通のポリエチレンでは接着力は不十分であり、この対策
として、無水マレイン酸等を混合して極性を与えた変成
ポリエチレンを使用する。

第２図は本発明に係るポリエチレン防食材料の被覆構造
を示したものである。

鋼材１は表面の酸化層および付着物を除去し、また表面
を接着に適した面とするためショツトブラスト処理を行
っている。２はこの鋼材を化成処理した層であり、例え
ばクロム酸塩によるクロメート処理を０．５〜Ｌ、Ｏｇ
／ｒｒｆ施しである。

さらに被覆ポリエチレン層と鋼材面の接着力を確保する
ため、下塗り（プライマ）層３を設けているが、これに
はエポキシ樹脂系の塗料を塗膜層３０４ｍまで塗布した
ものである。その上に全体の厚みが３ｍｍの２層型のポ
リエチレンシートが貼着されている。このポリエチレン
シートは防食材表層５と接着層４との２層押出しにより
製造したものである。接着層４はポリエチレンに無水マ
イレン酸など極性を持った七ツマ−を側鎖として化学的
に結合させた変成ポリエチレンであり、暦厚みは０．５
　ｍ　ｍである。この変成ポリエチレンは金属やプラス
チックとの接着性に優れている。

さらにこの層には高周波帯域において、磁気損失および
誘電損失の大きな電気絶縁性物質の微小粒子を分散させ
である。

この２層型のポリエチレンシートの形状は、溝型鋼矢板
に貼着する場合は、その形状に合わせて第３図のように
橋形の成形体６としておく。

フェライト磁性体は高周波帯域において、緩和型の磁気
損失を示すことが知られているが、この理由としては、
高周波帯域におけるフェライト中の磁壁の移動と回転磁
化が起こるためと説明されている。このうち磁壁の移動
については、その周波数領域はＫＨｚ−ＭＨｚと、余り
高くないが、一方、回転磁化による共鳴現象は、その適
用周波数域はＭＢ２−ＧＨｚと高いところにある。フェ
ライトの種別により、この回転磁化には、その物質構成
に応じた固有の周波数帯域があるが、マイクロ波域にお
いて、高い磁気損失を得ることができれば、マイクロ波
の直進性、収束性を利用して、高いエネルギー変換能つ
まり電波エネルギーから熱エネルギーに高効率で変換す
ることを期待することができる。

この自然共鳴周波数を高めるためには、フェライトの粒
径を小さくすること、空孔を多くすることなどの方法が
提案されているが、その具体的方法として、フェライト
微細粒子を分散した複合材料を作ることが考えられる。

第４図はＮｉ二Ｚｎ系フェライト（いわゆるンフトΦフ
ェライトのひとつ）の粒径３７１ｍの粉末を絶縁体内に
４５％（体積率）分散させた複合フェライトの高周波帯
域における透磁率特性を示したものである。

第４図には、参考のため焼結フェライトについても示し
ているが、複合材料フェライトでは焼結フェライトに比
し透磁率は約１７１Ｏに減少するものの、特性は平坦に
近くなり、その特性域も高周波域のＧＨｚ帯（マイクロ
波域）に移行している。

同じ＜Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの粒径３ｇｍの粉末の混
合率の違いによる、マイクロ波（２，４５ＧＨｚ）の吸
収能率の変化を調査した結果を第５図に示す、第５図か
ら分るように、混合率は４５％（体積率）近辺において
透磁率、すなわち磁性による電磁波のエネルギー吸収効
率が最高になる。一方、マイクロ波吸収には前述のよう
に誘電率も関連し、第５図によれば、誘電率もフェライ
ト混合率とともに増加するが、数値的に透磁率の数分の
１であるので、マイクロ波吸収に対する寄与については
透磁率のみに着目して、最適混合率を４５％と設定した
。使用したＮｉ−Ｚｎ系フェライトの粒径３μｍからな
る粉体の比重を測定したところ、圧密嵩比重２．７３　
ｇ　／　ｃ　ｒｎ”、真比重５、２０　ｇ　／　ｃ　ｍ
″であり、ポリエチレンの比重は０、９５５であったの
で、これらの数値を用いて秤量、混合を行った。

またフェライト結晶は良好な絶縁体であり、その誘電損
失も大きいため、高周波電界における誘電現象によるエ
ネルギー吸収、すなわち誘電加熱用材料としての性能も
合わせもつので、磁気発熱、誘電発熱の両方の効果が発
生して高効率の加熱が可能である。この特性を確認する
ため、第６図に示すような実験を行った。

鋼板ｌとして実際に使用される鋼材に近い厚さの材料を
選択した。２層型のポリエチレンシート４．５は全厚み
は３ｍｍである。このうち接着層４は変成ポリエチレン
に粒径３７１ｍのフェライト粉を混合したもので、層厚
は０．５　ｍ　ｍである。防食材料の表層５は低密度ポ
リエチレンをシート状に成形したもので、表層５と接着
層４とは成形時に圧着しである。なお、この実験では接
着性は重視しないので鋼材表面は手作業によりサンドペ
ーパをかけた程度とした。

周波数２．４５　Ｇ　Ｈｚ、出力１ｋＷのマクネトロン
発振器７からマイクロ波を発生し、その下部に電磁波放
射および漏洩防止のため構成ボックス９が取り付けられ
ている。８は電源である。１０．１０ａはポリエチレン
シートのそれぞれの層厚の中央に埋設された微小熱電対
であって、それぞれ温度記録計１１、ｌｌａに接続され
ている。

この実験において、電源を投入した瞬時以降の温度記録
計の指示を第７図に示す。

接着層４内の温度計１１ａの指示は第７図の曲１ａ１２
　ａのように電源投入後直線的に約１８０℃まで上昇し
、以降その温度はなだらかに上昇する。温度上昇がなだ
らかになるのはその表層５および接している鋼材１に伝
熱するためと推定される０表層５内の温度計は指示は曲
線１２のようにほとんど上昇せず、約２秒後に僅かに上
昇を開始している。

接着層４のフェライト複合ポリエチレン材料は電磁波を
吸収し、温度はほぼ直線的に上昇し、そのポリエチレン
の軟化・溶融が始まるが、融着に必要な温度は１５０度
程度とされているので、この実験によれば、１秒間加熱
すれば十分であることが分った。同時に表層５は非磁性
体であり、その誘電損失も殆ど零に等しいのでそれ自身
は発熱せず、接着層の発熱により幾分か加熱されている
のみである。

本発明方法を実施するための装置とその運転状況を第１
図に示す。

第１図は全連続ラインの内の接着装置の部分のみについ
て示す０図において、材料の鋼矢板２１はテーブルロー
ラ２２によって一定速度で図の矢印方向に搬送されなが
ら、ポリエチレンシート４を貼り付けられる。ピンチロ
ーラ２３は鋼矢板２１と被覆用シート２４を挟んでこれ
を貼着装置３０に向って押し送る。使用される鋼矢板２
１の長さおよびそれに添付されるポリエチレンシート２
４の長さはそれぞれ各種あり、テーブルローラ２２およ
びピンチローラ２３はそれに適したピッチで設置されて
いる。

ポリエチレンシート２４は２．５　ｍ　ｍ厚の防食材料
表層５と０．５　ｍ　ｍ厚の接着層４とを押出成形によ
って２層に成形したものを用いた。接着層４は無水マイ
レン酸を添加し、さらに粒径３ｕＬｍのＮｉ−Ｚｎ系フ
ェライトを４５％（容ａ）混入分散したシートを押出し
成形により製造し、表層５と２層に貼り合わせた。この
２層シート２４を事前に鋼矢板の形状に合わせてＵ字状
に成形した。

同波数２．４５　Ｇ　Ｈｚ　、出力５ｋＷの高周波発振
装置３１は高周波電流をマグネトロン３２に与える０発
振周波数および鋼材幅に合わせた共振ボックスは一般に
アプリケータ３３と呼ばれるもので、このアプリケータ
３３は電磁波の漏洩防止機能をもち、下端の鋼矢板２１
との隙間からの′ＦＬ磁波漏洩を防止するためゴム板状
の電波吸収材料３４を取付けである。

押付用シュー３５は鋼矢板２１の形状に合わせて、全体
を５分割して配置された押付用シューであり、マイクロ
波アプリケータ３３の下を通過して自己発熱した接着層
を鋼材面に押し付は接着させる。

押付用シュー３５は鋼板製のものにフッ素樹脂系の材料
を被せ、ポリエチレンシートとの摩擦を減少させてあり
、油圧シリンダ３６により押し付けられる。マイクロ波
アプリケータ３３８よび押付用シュー３５は図示しない
適当な架台により支持されている。

この装置を使用し、入力５ｋＷ、送り速度毎秒１００ｍ
ｍで操業したところ良好な結果が得られた、送り速度を
決定した根拠は、約１秒の加熱で接着層の温度が接着に
適切な温度に達することが先の実験で分っており、アプ
リケータ３３の鋼材進行方向幅が１００ｍｍあるため、
アプリケータ内を材料が１秒の間に通過するための速度
としたものである。この送り速度としたことにより、被
覆用ポリエチレンシートの長さが３ｍの場合、材料の装
入搬出の時間も含めて１本の鋼矢板を約１分で処理する
ことができる。

製造された製品の性能をＪＩＳに規定されている試験法
によって判定した。実施例の製品は全てこの試験に合格
した。

〔発明の効果〕

本発明は次のような利点がある。

イ）貼着する防食材料は極く一部の接着層のみ加熱し全
体を加熱溶融しないので、シート貼着工程中の厚さ維持
に問題がなく、仕上り厚さは殆ど防食材料の元の厚さに
等しい。

口）防食材料を軟化させないで貼着するので、貼着時の
しごき動作によるしわの発生やシートの長手方向の伸び
による不整形の発生がない。

ハ）防食材料の軟化温度などの熱的特性に制限がなく、
材料選択の自由度が多い。

二）ポリエチレンは高分子材料の中でも成形収縮率が１
．５％〜５％と他と比較して高い、これは被覆材料とし
て接着後に剥離する原因となり易いが、本発明方法によ
れば全体を加熱しないので、その問題はない。

ホ）ポリエチレンは応力を受けた状態である種の環境に
おかれると亀裂を発生することがあり、これを環境応力
亀裂という０本発明方法においてはポリエチレン本体は
加熱溶融させることなく、接着面のみを短時間に（約１
秒）発熱させ接着させるものであるから、残留応力が残
る恐れも小さく、亀裂が発生しない。

へ）防食材料を貼着するとき、防食材料シートと鋼材面
の間に従来空気が残ることがあり、この部分は未接着の
ままとなる０本発明方法によると、シートは加熱軟化し
ないので、強い押し付は力でしごき動作を行うことが可
能であって、シートと鋼材面間の空気をしぼり出し排除
することができ、良好な接着が保証される。

ト）鋼材全体を加熱して融着させる方法に比較して、は
るかに熱経済性に優れる。

チ）鋼材の加熱による、接着面の事前処理面のいたみが
発生しない。

す）鋼材全体を加熱するための炉および接着後の冷却装
置が不要である。

ヌ）防食材料全面を一度に接着させる方法でなく、接着
すべき個所を長手方向に移動させる方法であるため、連
続プロセスとし易く、設備も小型でよい。

ル）加熱炉がないため、熱が放散されず、作業環境がよ
い。

ヲ）地中埋設鋼材の防食層は電気伝導度が低いもの、つ
まり絶縁体はどその防食能力は高い０本方法で使用して
いるフェライトは高度の絶縁材料であるので、防食材料
の防食能をさらに高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を好適に実施することのできる装置
の斜視図、第２図は本発明方法によって形成される被覆
防食層の構造を示す説明図、第３図は成形された防食材
料の斜視図、第４図は焼結フェライトおよびそれを複合
フェライト化した材料の透磁率周波数特性を示すグラフ
、第５図はＮｉ−Ｚｎ系フェライトの混合率と透磁率、
誘電率との関係を示すグラフ、第６図は実験装置の模式
的説明図、第７図は実施例の防食材料および接着層のマ
イクロ波照射による温度上昇を示すグラフである。 ｌ・・・鋼材、４・・・接着層、５・・・防食材料表層
、６・・・成形体、２１・・・鋼矢板、２４・・・被覆
用シート（防食材料）、３０・・・貼着装置、３１・・
・高周波発振装置、３２・・・マグネトロン、３３・・
・アプリケータ、３５・・・押付用シュー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　鋼材の表面に防食材料を貼着するに当り、防食材料
   である高分子材料のシートを表層と接着層との２層構造
   とし、その接着層に高磁気損失および高誘電損失性能を
   合わせもつ材料の微小粒子を予め混入分散させておき、
   該シートを鋼材表面に展装し、これに高周波電磁波を照
   射して前記接着層を瞬間的に発熱させて接着を行うこと
   を特徴とする鋼材への防食材料の貼着方法。