KR102286902B1 - 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트 - Google Patents

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Abstract

방사선, 산소, 자외선 등의 외적 인자에 의한 열화나 화학 물질에 의한 케미컬 크랙이 억제되는 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트를 제공한다.
고밀도 폴리에틸렌관(10) 및 조인트는, 밀도가 0.940g/㎤ 이상 0.980g/㎤ 이하인 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 도관(1)과, 도관(1)의 내표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 내측의 가스 배리어 필름(2a)과, 도관(1)의 외표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 외측의 가스 배리어 필름(2b)과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)의 외표면을 덮고, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 융착 방지 필름(3b)과, 융착 방지 필름(3b)의 외표면을 덮고, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 외층(4b)을 구비한다.

Description

고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트{HIGH DENSITY POLYETHYLENE TUBE AND JOINT}
본 발명은, 원자력 설비용 등의 용도로 사용되는 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트에 관한 것이다.
원자력 관련 시설에 부설되는 원자력 설비용 배관은, 방사성 물질을 포함하는 유체의 수송이나, 고방사선량 하에서의 유체의 수송을, 장기간에 걸쳐 안전하게 실시할 수 있는 성능이 요구된다. 종래, 원자력 설비용 배관으로서는, 강관이 사용되어 왔다. 그러나, 공간적 제약이나 시간적 제약이 상정되는 원자력 관련 시설에서는, 시공을 위해 필요로 되는 공정수나 기재의 많음으로부터, 강관이 최적이라고는 할 수 없다. 이와 같은 상황 하에서, 이동이나 가공이 용이하며, 관끼리나 조인트의 접합도 용이한 수지제 배관으로의 대체가 진행되고 있다.
수지제 배관으로서는, 수도용 장거리 배관으로서도 이용되고 있는 고밀도 폴리에틸렌관의 사용이 검토되고 있다. 그러나, 고밀도 폴리에틸렌관은, 강관과 비교하여 내방사선성이 떨어져, 고방사선량 하에 있어서, 취성 파괴가 발생하기 쉬워지는 결점이 있다. 고밀도 폴리에틸렌관이 열화되어 수지에 미소한 결함이 발생하면, 배관 내의 유체로부터의 압력이나, 배관 외부로부터의 토압 등이 가해졌을 때, 그 결함부에 응력이 집중되어, 갈라짐이나 파열이 발생한다.
또한, 고방사선량 하에 있어서는, 배관 내를 흐르는 물이 방사선 분해된다. 물이 방사선 분해되면, 주로 수소와 과산화수소가 발생하지만, 산소도 발생한다. 고밀도 폴리에틸렌관은, 배관 내의 기상부에 체류하고 있는 산소 가스나, 배관 내의 유체 중에 용존하고 있는 산소 가스에 노출될 수 있다. 배관 내의 유체 중에 염소 등이 존재하고 있는 경우에는, 차아염소산, 과염소산 등을 비롯하여, 고활성을 나타내는 화학 물질이 생성되는 경우도 있다.
고밀도 폴리에틸렌의 열화는, 주로 라디칼이 관여하는 자동 산화에 의해 진행되지만, 방사선의 작용뿐만 아니라, 자외선이나 산소에 의해서도 촉진된다. 자외선이나 대기 중에 존재하는 산소는, 주로 배관의 외측으로부터 고밀도 폴리에틸렌을 열화시킨다. 한편, 물의 방사선 분해에 의해 배관 내에 발생한 산소는, 주로 배관의 내측으로부터 고밀도 폴리에틸렌을 열화시킨다. 또한, 배관 내에 존재하는 화학 물질은, 수지에 미소한 결함을 초래하는 케미컬 크랙의 발생 인자가 된다.
고밀도 폴리에틸렌관으로 수송하는 유체가, 방사성 물질을 포함하는 경우나, 방사화될 가능성이 있는 경우에는, 누설 사상을 발생시키지 않는 것이 중요하다. 그 때문에, 방사선, 산소, 자외선 등의 외적 인자나, 과산화수소, 차아염소산, 과염소산 등의 화학 물질에 의한 열화를 방지할 대책이 필요로 되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 고밀도 폴리에틸렌에, 히드로 방향족형 열화 방지제 또는 프로필플루오란텐을 1 내지 7질량부가 되도록 첨가하는 기술이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 고밀도 폴리에틸렌 배관과, 그 외표면에 열 융착 가능한 조인트나, 이들을 구비하는 유체 수송 장치가 기재되어 있다. 고밀도 폴리에틸렌 배관은, 파괴의 기점이 되기 쉬운 결정 구조를 연결하는 타이 분자의 사이가, 가교 구조로 강화되어 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌 배관의 외표면에는, 열 융착 가능한 비가교의 폴리에틸렌층이 형성되어 있다.
일본 특허 공개 제2017-020628호 공보 일본 특허 공개 제2017-101688호 공보
특허문헌 1과 같이, 고밀도 폴리에틸렌에 열화 방지제를 첨가하거나, 특허문헌 2와 같이, 타이 분자의 사이를 가교 구조로 강화하거나 하면, 고밀도 폴리에틸렌관의 내방사선성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌관을 이중관 구조로 하면, 자외선이나 대기 중의 산소가 내측에 도달하기 어려워지기 때문에, 고방사선량 하의 옥외 등이라도, 어느 정도 긴 기간에 걸쳐 배관의 건전성을 유지할 수 있다.
그러나, 40년 이상의 내구 수명이 있어, 단기간에서의 교환을 필요로 하지 않는 강관과 비교하면, 이들 고밀도 폴리에틸렌관도, 충분한 내구성이 있다고는 할 수 없다. 고밀도 폴리에틸렌은, 배관에 필요로 되는 내압 강도나 경도를 나타내는 한편, 연성이 부족하여, 고방사선량 하에서 사용을 계속한 경우에, 용이하게 취성 파괴된다는 본질적인 결점을 갖고 있다. 수지를 열화시키는 라디칼 반응은, 방사선에 의해 용이하게 개시되지만, 산소, 자외선 등의 외적 인자에 의해 촉진되기 때문에, 이들을 방지할 고도의 대책이 요구되고 있다.
또한, 고방사선량 하에 있어서, 방사선이 원인으로 배관 내에 산소나 화학 물질이 생성되는 경우나, 배관 내에 고농도의 산소나 약품 등을 포함하는 유체가 흘려지는 경우, 배관의 내측으로부터 산화 열화나 케미컬 크랙이 발생하기 때문에, 배관 내에 존재하는 산소나 화학 물질에 대한 대책도 불가결해지고 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌제의 관 조인트에 대해서도, 방사선, 산소, 자외선 등의 외적 인자나 화학 물질에 노출되는 경우가 있어, 마찬가지로 대책이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은, 방사선, 산소, 자외선 등의 외적 인자에 의한 열화나 화학 물질에 의한 케미컬 크랙이 억제되는 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관은, 밀도가 0.940g/㎤ 이상 0.980g/㎤ 이하인 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 도관과, 상기 도관의 내표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 내측의 가스 배리어 필름과, 상기 도관의 외표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 외측의 가스 배리어 필름과, 상기 외측의 가스 배리어 필름의 외표면을 덮고, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 융착 방지 필름과, 상기 융착 방지 필름의 외표면을 덮고, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 외층을 구비한다.
또한, 본 발명에 관한 조인트는, 상기의 고밀도 폴리에틸렌관과 마찬가지의 층 구성을 구비한다.
본 발명에 따르면, 방사선, 산소, 자외선 등의 외적 인자에 의한 열화나 화학 물질에 의한 케미컬 크랙이 억제되는 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 4a는 첨가제로서 사용한 오일의 ％CN과 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 4b는 첨가제로서 사용한 오일의 ％CN과 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 5a는 첨가제로서 사용한 오일의 ％CA와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 5b는 첨가제로서 사용한 오일의 ％CA와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 6a는 가스 배리어 필름에 사용한 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌의 MFR과 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 6b는 가스 배리어 필름에 사용한 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌의 MFR과 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 7a는 가스 배리어 필름의 총 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 7b는 가스 배리어 필름의 총 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 8a는 가스 배리어 필름에 사용한 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 8b는 가스 배리어 필름에 사용한 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 9a는 융착 방지 필름 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 9b는 융착 방지 필름의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 10a는 외층의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
도 10b는 외층의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 각 도면에 있어서 주 기능이 공통되는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2에서는, 고밀도 폴리에틸렌관의 층 구성을 도시하기 위해, 관체의 내측을 노출시키고 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 유체의 통로를 형성하는 통상(筒狀) 도관(1)과, 도관(1)의 내표면을 덮는 내측의 가스 배리어 필름(2a)과, 도관(1)의 외표면을 덮는 외측의 가스 배리어 필름(2b)과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)의 외표면을 덮는 외측의 융착 방지 필름(3b)과, 외측의 융착 방지 필름(3b)의 외표면을 덮는 외층(4b)을 구비하고 있다.
또한, 고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 도관(1)의 내측에, 내측의 가스 배리어 필름(2a)의 내표면을 덮는 내층(4a)을 구비하고 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 도관(1)과 내측의 가스 배리어 필름(2a) 사이에, 내측의 융착 방지 필름(3a)을 구비하고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「어떤 층이 다른 층의 내표면 또는 외표면을 덮는다」라는 경우, 그들 층끼리가 서로 인접하여 한쪽의 표면을 덮어도 되고, 그들 층끼리가 다른 층을 사이에 둔 상태에서 한쪽의 표면을 덮어도 된다.
고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 주로 기기나 설비간에서 유체의 수송을 행하는 유체 수송용 배관으로서 사용된다. 고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 우수한 내방사선성을 구비하고, 방사선, 대기 중의 산소, 자외선 등의 외적 인자나, 방사선 등이 원인으로 배관 내의 유체 중에 발생하는 산소나, 방사선 등이 원인으로 배관 내의 유체 중에 발생하는 과산화수소, 차아염소산, 과염소산 등의 화학 물질이나, 배관 내에 흘려지는 약품 등의 화학 물질에 의한 도관(1)의 열화가 억제된다. 그 때문에, 고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 고농도의 방사성 물질을 포함하는 유체의 수송이나, 고방사선량 하에서의 유체의 수송, 특히 고농도의 산소나 화학 물질을 포함하는 유체의 수송에, 적합하게 사용된다.
고밀도 폴리에틸렌관(10)은, 고방사선량 하에서 사용을 계속한 경우에 용이하게 취성 파괴된다는 고밀도 폴리에틸렌이 갖는 본질적인 결점을 발본적으로 개선하기 위해, 유체가 흘려지는 도관(1)의 내외 양면을, 가스 배리어 필름[2(2a, 2b)]으로 덮은 피복관이다. 내외 양측의 가스 배리어 필름(2)과 외측의 층(도관(1), 외층(4b)) 사이에는, 수지 성형 시에 가스 배리어 필름(2)이 파손되지 않도록, 융착 방지 필름[3(3a, 3b)]을 사이에 둔 층 구성으로 하고 있다.
도관(1)은, 밀도가 0.940g/㎤ 이상 0.980g/㎤ 이하인 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene: HDPE)을 포함하여 형성된다. 고밀도 폴리에틸렌은, 높은 인장 강도나 내충격성을 갖는 한편, 취성이 낮기 때문에, 본 발명의 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 도관(1)에 의하면, 배관에 필요한 내압 강도나 경도가 얻어진다.
고밀도 폴리에틸렌은, 밀도 등의 물성이 손상되지 않는 한, 단량체로서, 에틸렌 외에, 1-부텐, 1-헥센 등을 포함할 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌의 밀도는, 바람직하게는 0.940g/㎤ 이상 0.970g/㎤ 이하, 보다 바람직하게는 0.945g/㎤ 이상 0.965g/㎤ 이하이다.
고밀도 폴리에틸렌은, 지글러 촉매, 메탈로센 촉매, 필립스 촉매 등 중 어느 촉매로 중합한 것이어도 된다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌은, 그 밖의 수지와 블렌드된 혼합재나, 폴리에틸렌 제품을 원료로서 재이용한 재생재여도 된다. 고밀도 폴리에틸렌은, 질량 기준으로 50％ 미만의 범위이면, 폴리프로필렌 등의 다른 수지를 포함하고 있어도 된다.
고밀도 폴리에틸렌으로서는, 예를 들어 반응 압력이 5kgf/㎠ 이상 200kgf/㎠ 이하, 반응 온도가 60℃ 이상 100℃ 이하인 조건에서 중합시킨 수지를 사용할 수 있다. 또한, ISO1133에 준거하여 구해지는 용해 지수(Melt flow rate: MFR)가, 시험 온도 190℃, 시험 하중 5.0kgf(49.03N)에 있어서, 0.1g/10분 이상 3.0g/10분 이하인 수지, 보다 바람직하게는 0.2g/10분 이상 0.5g/10분 이하인 수지를 사용할 수 있다. 단, 도관(1)을 구성하는 고밀도 폴리에틸렌은, 이와 같은 물성을 나타내는 수지에 제한되는 것은 아니다.
도관(1)은, 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 기재에 대해, 산화 방지제, 내열 안정제, 활제 등의 일반적인 첨가제가 첨가되어 있어도 되고, 일반적인 첨가제가 첨가되어 있지 않아도 된다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 도관(1)의 형상은 원통상으로 되어 있지만, 도관(1)의 타원도나 단면의 형상, 긴 변 방향의 형상, 내외경이나 두께 등의 치수는, 특별히 제한되는 것은 아니다.
도관(1)은, 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 기재에 대해, 원유를 정제하였을 때 발생하는 나프텐을 함유하는 오일, 및, 원유를 정제하였을 때 발생하는 아로마틱스를 함유하는 오일 중, 적어도 한쪽이 배합되어 있는 것이 바람직하다. 이들 오일이 배합되어 있으면, 후기하는 바와 같이, 폴리에틸렌의 분자의 미끄럼성이 향상되어, 크레이즈 파괴에 의한 고밀도 폴리에틸렌의 열화가 억제된다.
나프텐을 함유하는 오일로서는, 나프텐계 원유를 원료로 하고, 이것을 정제하여 얻어지는 오일을 배합할 수 있다. 예를 들어, 나프텐계 원유를 감압 증류하고, 용제 추출에 의해 방향족 성분을 포함하는 오일을 제거한 것을 사용할 수 있다. 또한, 용제 추출 외에, 흡착 처리, 백토 처리, 탈산 처리 등을 실시하여 정제한 오일을 사용해도 된다. 또한, 나프텐이란, 일반식: CnH2n으로 표현되는 환상 탄화수소를 의미한다.
아로마틱스를 함유하는 오일로서는, 파라핀계 원유나 나프텐계 원유를 원료로 하고, 이들을 정제하여 얻어지는 오일을 배합할 수 있다. 예를 들어, 파라핀계 원유나 나프텐계 원유의 정제 과정에서 발생하는, 고비중, 고점도의 잔유 등을 사용할 수 있다. 또한, 아로마틱스란, 일반식: CnH2n -6으로 표현되는 방향족 탄화수소, 즉, 공액 이중 결합을 갖는 불포화이며 환상의 탄화수소를 의미한다.
나프텐을 함유하는 오일로서는, 나프텐계 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중 n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 10％ 이상 100％ 이하인 오일이 바람직하고, 10％ 이상 80％ 이하인 오일이 보다 바람직하고, 10％ 이상 60％ 이하인 오일이 더욱 바람직하다. ％CN이 10％ 이상 60％ 이하이면, 고밀도 폴리에틸렌의 열화를 억제하는 높은 효과가 얻어진다.
아로마틱스를 함유하는 오일로서는, 파라핀계 원유나 나프텐계 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중 n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CA가 5％ 이상 100％ 이하인 오일이 바람직하고, 5％ 이상 80％ 이하인 오일이 보다 바람직하고, 15％ 이상 60％ 이하인 오일이 더욱 바람직하다. ％CA가 5％ 이상 80％ 이하이면, 고밀도 폴리에틸렌의 열화를 억제하는 높은 효과가 얻어진다.
또한, 나프텐을 함유하는 오일이나, 아로마틱스를 함유하는 오일로서는, 예를 들어 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중 n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 20％ 이상 60％ 이하, 또한, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CA가 5％ 이상 40％ 이하인 오일을 첨가제로서 사용해도 된다.
n-d-M법은, ASTM D 3238-85에 준거한 기름(오일)의 구조기 분석의 한 방법(환 분석법)이며, 베이스 오일의 조성 분석에 일반적으로 이용되고 있다. n-d-M법에 의하면, 20℃에서의 오일의 밀도 d20, 20℃에서의 오일의 굴절률 nD20, 및, 오일의 평균 분자량의 데이터에 기초하여, 전체 탄소량에 대한 파라핀 탄소의 질량 비율(％CP), 전체 탄소량에 대한 나프텐 탄소의 질량 비율(％CN), 전체 탄소량에 대한 방향족 탄소의 질량 비율(％CA), 1분자당의 나프텐환의 평균 환수(RN), 및, 1분자당의 방향족환의 평균 환수(RA)가 구해진다.
가스 배리어 필름(2)은, 적어도 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지(ethylene-vinylalcohol copolymer: EVOH)를 포함하는 수지 필름에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 가스 배리어 필름(2)에 의하면, 산소 등의 가스나 화학 물질의 도관(1)측으로의 확산·침투가 억제되기 때문에, 도관(1)의 산화 열화나 케미컬 크랙이 억제된다.
일반적으로, 고밀도 폴리에틸렌의 산소 투과 계수는, 0.4×10-10㎤(STP)·cm/(㎠·s·㎝Hg) 정도이고, 저밀도 폴리에틸렌의 산소 투과 계수는, 6.9×10-10㎤(STP)·㎝/(㎠·s·㎝Hg) 정도이다. 이에 반해, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지는, 산소 투과 계수가, 0.0001×10-10㎤(STP)·㎝/(㎠·s·㎝Hg) 정도로 작아, 산소의 투과를 고밀도 폴리에틸렌에 대하여 1/4000, 저밀도 폴리에틸렌에 대하여 1/67000으로 억제할 수 있다.
가스 배리어 필름(2)은, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 단층으로 구성되어도 되고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 층을 포함하는 복수층으로 구성되어도 된다. 또한, 도면에 있어서, 가스 배리어 필름(2)으로서는, 내측의 가스 배리어 필름(2a)과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)이 구비되어 있지만, 이들은, 동일한 층 구성으로 되어도 되고, 서로 다른 층 구성으로 되어도 된다.
에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 평균 중합도, 에틸렌의 함유율, 및, 비누화도는, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 평균 중합도는, 500 이상 3000 이하로 할 수 있다. 에틸렌의 함유율은, 예를 들어 20％ 이상 80％ 이하로 할 수 있다. 에틸렌의 함유량은, 유연성이나 내수성을 향상시키는 관점에서는, 25％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 비누화도는, 예를 들어 85％ 이상 99％ 이하로 할 수 있다. 비누화도는, 가스 배리어성을 확보하는 관점에서는, 90％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 95％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께는, 바람직하게는 0.5㎛ 이상, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이상이다. 또한, 바람직하게는 60㎛ 이하, 보다 바람직하게는 50㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 30㎛ 이하이다. 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께가 0.5㎛ 이상으로 두꺼울수록, 우수한 가스 배리어성이 얻어져, 도관(1)의 산화 열화나 케미컬 크랙이 억제된다. 또한, 핀 홀이 발생하기 어려워지기 때문에, 가스 배리어성이 건전하게 유지된다. 한편, 두께가 60㎛ 이하로 얇을수록, 유연성이 구비되기 때문에, 고밀도 폴리에틸렌관(10)을 시공, 이동하거나 할 때, 가스 배리어 필름(2)이 파손되기 어려워진다. 또한, 두께가 5㎛ 이상 50㎛ 이하이면, 수지 자체의 중성자 차폐능에 의해, 유효한 내방사선성이 얻어진다.
에틸렌·비닐알코올 공중합 수지는, 다른 수지와 블렌드된 혼합재여도 된다. 블렌드하는 다른 수지로서는, 예를 들어 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리올레핀, 변성 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 또한, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지는, 에폭시 화합물 등으로 변성된 수지여도 되고, 에틸렌이나 아세트산 비닐 이외의 다른 단량체를 포함하는 공중합체여도 된다.
가스 배리어 필름(2)은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 중간층(21)과, 중간층(21)의 양면에 적층된 표면층(22)을 구비하는 다층 필름인 것이 바람직하다. 또한, 도면에 있어서, 표면층(22)으로서는, 중간층(21)의 내측에 배치된 내측층(21a)과, 외측에 배치된 외측층(21b)이 구비되어 있지만, 이들은, 동일한 층 구성으로 되어도 되고, 서로 다른 층 구성으로 되어도 되고, 내외 양측에 적층되는 층의 수나 종류는, 특별히 제한되는 것은 아니다.
표면층(22)은, 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene: LDPE) 및 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene: LLDPE) 중 적어도 한쪽을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 폴리에틸렌에 의하면, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지와의 공압출이 가능하다. 또한, 폴리에틸렌에 의하면, 수지 자체에 의해 높은 중성자 차폐능이 얻어지기 때문에, 도관(1)의 방사선 열화를 보다 억제할 수 있다.
특히, 표면층(22)을 저밀도 폴리에틸렌으로 형성하면, 유연성, 내충격성, 내한성, 내습성 등이 높은 다층 필름을 고정밀도로 성형할 수 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌관(10)에 가해지는 외압, 충격 등을 완화하여, 도관(1)의 손상이나, 가스 배리어 필름(2)의 박리, 탈락 등을 방지할 수 있다. 또한, 저밀도 폴리에틸렌이란, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 폴리에틸렌을 의미한다. 저밀도 폴리에틸렌은, 단량체로서, 에틸렌 외에, 1-부텐, 1-헥센 등을 포함할 수 있다.
또한, 표면층(22)을 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌으로 형성하면, 저밀도 폴리에틸렌보다도 높은 인장 파괴 강도, 밀착성, 내한성 등이 얻어진다. 또한, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌이란, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.925g/㎤ 이하이고, 분지를 갖는 단량체의 함유율이 수％인 폴리에틸렌을 의미한다. 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌은, 단량체로서, 에틸렌 외에, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐 등을 포함할 수 있다. 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌은, 지글러 촉매, 필립스 촉매 등 중 어느 촉매로 중합한 것이어도 된다.
표면층(22)을 형성하는 저밀도 폴리에틸렌이나 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌은, ISO1133에 준거하여 구해지는 용해 지수(MFR)가, 0.5g/10분 이상인 것이 바람직하다. 또한, 50g/10분 이하인 것이 바람직하고, 20g/10분 이하인 것이 보다 바람직하고, 10g/10분 이하인 것이 더욱 바람직하고, 5g/10분 이하인 것이 더욱 바람직하고, 3g/10분 이하인 것이 특히 바람직하다. 수지의 분자량과 MFR은 상관성이 있는 것이 알려져 있다. 이와 같은 MFR을 나타내는 수지는, 저분자량의 성분이 적은 수지층을 형성할 수 있다.
표면층(22)은, 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 층이나 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 층 외에, 그 밖의 수지가 적층된 층 구성이어도 된다. 예를 들어, 다층 필름을 강인화하는 관점이나, 중간층(21)을 형성하기 위한 기재로서 사용하는 관점 등으로부터, 나일론6 등의 폴리아미드(polyamide: PA)나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르(polyester: PEs)를 포함하는 층 구성으로 해도 된다.
다층 필름의 구체예로서는, LDPE/EVOH/LDPE, LLDPE/EVOH/LLDPE 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 저밀도 폴리에틸렌이나, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌은, 내방사선성을 향상시키는 관점에서는, 수지의 밀도 등에 영향을 미치는 저분자량의 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 중간층(21)과 표면층(22) 사이에는, 필요에 따라, 접착층 등의 다른 층이 마련되어도 된다.
다층 필름의 두께는, 바람직하게는 20㎛ 이상 200㎛ 이하이다. 두께가 20㎛ 이상으로 두꺼울수록, 내구성이 높아지기 때문에, 고밀도 폴리에틸렌관(10)을 시공, 이동하거나 할 때나, 옥외 등의 외력이 가해지기 쉬운 과혹 환경에 부설한 경우에, 가스 배리어성을 건전하게 유지할 수 있다. 또한, 두께가 200㎛ 이하로 얇을수록, 가요성이 상실되기 어렵기 때문에, 핸들링성이나 권회성이 양호해져, 취급 시의 필름의 파손이 저감된다.
가스 배리어 필름(2)은, 관상으로 권취하였을 때의 총 두께가, 바람직하게는 20㎛ 이상, 보다 바람직하게는 50㎛ 이상이다. 또한, 바람직하게는 500㎛ 이하, 보다 바람직하게는 400㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎛ 이하이다. 총 두께가 20㎛ 이상으로 두꺼울수록, 높은 가스 배리어성이 얻어지기 때문에, 도관(1)의 산화 열화나 케미컬 크랙을 확실하게 억제할 수 있다. 한편, 총 두께가 500㎛ 이하로 얇을수록, 재료 비용이나 권회의 수고가 저감된다. 또한, 총 두께가 50㎛ 이상 400㎛ 이하이면, 유효한 내방사선성이 얻어진다.
가스 배리어 필름(2)은, 도관(1)에 대하여 융착에 의해 면접합시키지 않는 것이 바람직하다. 도관(1)과 가스 배리어 필름(2)을 융착에 의해 면접합시키면, 배관의 길이 방향이나 직경 방향으로 힘이 가해졌을 때, 연신율이 상이한 도관(1)과 가스 배리어 필름(2)에 반대 방향의 응력이 발생하기 때문에, 응력 파괴나 인열 등의 발생 확률이 높아진다. 또한, 가스 배리어 필름(2)은, 도관(1)과 마찬가지로, 나프텐을 함유하는 오일이나 아로마틱스를 함유하는 오일이 배합되어 있어도 된다.
여기서, 고밀도 폴리에틸렌관에 첨가하는 오일이나, 가스 배리어 필름의 작용 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
폴리에틸렌관은, 강관에 비해 경량이며, 이동이나 가공이 용이하기 때문에, 수도용 장거리 배관 등으로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리에틸렌관은, 강관과는 달리, 주로 탄소와 수소로 구성되는 유기 고분자로 형성되어 있다. 폴리에틸렌은, 방사선, 자외선, 열 등의 외적 인자에 의해 열화가 진행되어, 탄성, 내응력 환경 균열성, 내충격성 등이 저하되기 때문에, 배관에 내압, 외압, 충격 등이 가해지거나, 배관에 흠집이 발생하거나, 배관이 화학 물질에 폭로되거나 한 경우에 취성 파괴가 발생하기 쉽다.
유기 고분자는, 방사선, 자외선, 열 등으로 분자가 여기되어, 분자 중의 결합이 절단되어 분해되는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌에 방사선 등이 작용하면, 수소 라디칼(H·)이나 탄화수소 라디칼(R·)이 생성된다. 라디칼은, 반응성이 높아, 라디칼끼리가 결합(재결합)하거나, 라디칼이 원소를 인발하여 다른 라디칼을 생성(인발 반응)시키거나, 라디칼이 이중 결합에 부가(부가 반응)되거나, 라디칼끼리가 결합함과 동시에 분자쇄가 절단(불균화 반응)되거나 한다.
라디칼에 의한 재결합이나 부가 반응은, 가교라 불리는 분자량의 증대를 초래하고, 불균화 반응은, 붕괴라 불리는 분자량의 감소를 초래한다. 폴리에틸렌관에 있어서, 분자쇄의 가교나 붕괴가 진행되면, 충격이나 굴곡에 대한 저항성이 낮아져, 관체가 취성이 되는 등의 물성의 변화가 발생한다. 그리고, 관체의 취화가 진행되면, 내압, 외압, 충격, 하중 등이 가해진 경우에, 균열, 갈라짐 등의 응력 파괴나 크리프 파괴가 발생하기 쉬워져, 관벽에 균열이나 취성 갈라짐이 발생하거나, 관체가 파열되거나 하는 등의 문제가 발생한다.
배수용 폴리에틸렌관 등의 배관 재료로서는, 다단 중합이나 개량 촉매를 사용하여 고성능화한 고밀도 폴리에틸렌도 사용되고 있다. 이러한 종류의 고밀도 폴리에틸렌에서는, 고분자량의 영역을 증가시켜, 결정 구조끼리를 연결하는 타이 분자를 증가시킴으로써, 장기 정수압 강도와 내환경 응력 균열성을 향상시키고 있다.
일반적으로, 결정 영역은, 과혹 환경 하라도 영향을 받기 어렵지만, 비결정 영역은, 과혹 환경 하에서 타이 분자가 절단되면 증가되는 것이 알려져 있다. 타이 분자의 절단이 진행되면, 외력이 가해졌을 때, 수지의 내부에서 응력 집중이 일어나기 쉬워져, 장기 정수압 강도나, 내환경 응력 균열성이나, 내충격성이 저하된다고 생각되고 있다.
특히, 산소가 존재하는 대기 중에서는, 라디칼에 의해 산화의 전파 반응(연쇄 반응)이 진행되는 것이 알려져 있다. 또한, 배관 내에 산소가 존재하는 경우, 대기에 접하는 배관의 외측뿐만 아니라 배관의 내측에서도, 산화의 전파 반응이 진행된다. 처음에, 반응식 (1)과 같이, 탄화수소 라디칼(R·)과 산소(O2)가 반응하여, 과산화 라디칼(ROO·)이 생성된다.
Figure 112019122822494-pat00001
과산화 라디칼(ROO·)은, 반응성이 풍부하여, 반응식 (2)와 같이, 다른 분자(RH)로부터 수소(H)를 인발하여, 과산화물(ROOH)과 새로운 탄화수소 라디칼(R·)을 생성한다.
Figure 112019122822494-pat00002
그리고, 새롭게 생성된 탄화수소 라디칼(R·)은, 반응식 (1)에 따라서, 다른 과산화 라디칼(ROO·)을 생성하고, 과산화 라디칼(ROO·)은, 반응식 (2)에 따라서, 다른 과산화물(ROOH)을 생성한다. 과산화물(ROOH)도, 불안정하기 때문에, 반응식 (3) 내지 (5)와 같이, 새로운 옥시 라디칼(RO·), 과산화 라디칼(ROO·) 등을 생성한다.
Figure 112019122822494-pat00003
Figure 112019122822494-pat00004
Figure 112019122822494-pat00005
산소가 존재하는 대기 중이나 산소가 존재하는 배관 내에서는, 이와 같은 산화의 전파 반응에 의해, 최초로 발생한 탄화수소 라디칼(R·)이 새로운 라디칼을 다수 증식시켜, 분자쇄의 가교나 붕괴를 진행시킨다. 그 때문에, 수지의 열화가 가속적으로 진행되어, 응력 파괴나 크리프 파괴가 발생하기 쉬워진다.
또한, 산소가 존재하는 대기 중이나 산소가 존재하는 배관 내에서는, 방사선이나 자외선에 의해, 오존이 생성되는 경우가 있다. 오존은, 이중 결합을 갖는 폴리에틸렌에 대한 반응성이 높아, 폴리에틸렌과의 반응에 의해 오조나이드를 생성한다. 오조나이드는 불안정하기 때문에, O-O 결합이 절단되어, 알데히드, 케톤, 에스테르, 락톤, 과산화물 등이 생성된다. 이와 같은 반응에 의해 일어나는 분자의 분해는, 수지에 미소한 크랙(오존 크랙)을 형성하는 것이 알려져 있다.
특히, 폴리에틸렌관에 1㎫ 정도 이상의 유체 압력, 토압 등이 가해지는 경우, 분자쇄가 신장한 상태가 되기 쉽기 때문에, 오존의 침투율이 높아짐과 함께, 특정 부위에 응력이 집중되기 쉬워진다. 이와 같은 경우, 오존 크랙의 발생의 가능성이나, 오존 크랙을 기점으로 하는 파괴의 가능성이 높아진다.
또한, 오염수, 배수 등의 물이 흐르는 배관 내에서는, 물의 방사선 분해에 의해, 과산화수소나 산소가 생성되는 경우가 있다. 과산화수소는, 배관 내에 염화물 이온 등이 존재하고 있는 경우에, 차아염소산, 과염소산 등을 발생시킨다. 이들 화학 물질은, 수지의 매트릭스에 확산·침투하고, 수지에 유체 압력 등이 가해졌을 때, 응력과 상승적으로 작용하여 케미컬 크랙을 발생시킨다. 배관의 내표면에 케미컬 크랙이 발생하면, 배관의 내측으로부터 갈라짐이나 파열이 발생할 가능성이 높아진다.
또한, 폴리에틸렌관은, 고온의 유체의 수송에 사용되는 경우도 있다. 분자의 분해를 초래하는 다양한 단위 반응은, 분자 운동, 즉, 분자의 진동이나 충돌 확률과도 관계되어 있다. 분자 운동은, 고온이 될수록 격해지기 때문에, 폴리에틸렌이 고온에 노출되면, 분자쇄의 가교나 붕괴가 가속되어, 수지의 열화가 현저하게 진행된다.
특히, 산화 반응을 수반하는 계에서는, 온도가, 산화층의 두께나, 산소의 확산 속도나, 산화 분해의 반응 속도에 영향을 미치기 때문에, 분자의 산화 분해가 점점 가속된다. 일반적으로, 온도가 10℃ 상승하면 반응 속도는 2배가 된다. 그 때문에, 폴리에틸렌관을 고온의 유체의 수송에 사용하는 경우 등에, 폴리에틸렌이 고온에 노출되면, 산화 열화가 가속되어 분자쇄의 가교나 붕괴가 진행되어, 수지의 열화가 현저해진다.
이와 같은 방사선, 자외선, 열 등에 의한 폴리에틸렌의 열화는, 탄성률, 인장 강도, 연신 등의 다양한 특성을 저하시켜, 내응력 환경 균열성, 내충격성 등을 악화시킨다. 방사선 환경, 자외선 환경, 고온 환경 등의 과혹 환경 하에서 폴리에틸렌제의 배관이나 조인트의 사용이 계속되면, 내압, 외압, 충격 등이 가해지거나, 화학 물질에 노출되거나 한 경우에, 응력 파괴나 크리프 파괴가 일어나, 균열, 갈라짐, 관체의 파열 등의 문제가 발생하여, 유체의 누설 등의 문제가 발생한다.
이에 반해, 도관(1)의 내외 양면을 가스 배리어 필름(2)으로 덮으면, 산소 가스의 투과가 저해되어, 산화의 전파 반응이 억제되기 때문에, 고방사선량 하라도, 도관(1)의 산화 열화가 억제된다. 가스 배리어 필름(2)은, 과산화수소, 차아염소산, 과염소산 등의 화학 물질이나, 화학 물질이 생성하는 가스의 투과도 방해하기 때문에, 도관(1)의 내측으로부터의 열화도 억제할 수 있다. 또한, 도관(1)에 나프텐을 함유하는 오일이나 아로마틱스를 함유하는 오일을 배합하면, 방사선이나 자외선의 작용에 의해 발생한 라디칼을, 오일의 성분에 의해 포착할 수 있다.
일반적으로, 폴리에틸렌은, 방사선, 자외선, 열 등의 다양한 외적 인자에 의해, 균열, 갈라짐 등이 발생하지만, 외적 인자의 종류에 상관없이, 어느 파괴 모드라도, 연신이 저하되고, 파면에 백화가 나타나는 특징이 있다. 파면에는, 백화나 크랙이 발생하고 있어, 보이드와 피브릴이 존재하고 있다. 백화는, 보이드의 형성에 의한 광의 미산란에 의해 일어나는 현상이다. 백화는, 보이드와 피브릴로 구성된 손상 형태인 크레이즈 파괴가 발생한 것을 나타내고 있다.
일반적으로, 폴리에틸렌의 인장에 의한 파단은, 다음 (A) 내지 (D)의 순으로 진행되는 것이 알려져 있다.
(A) 인장 항복 직후에 발생하는 왜곡의 국소화 영역의 전파
(B) 크레이즈 파괴 영역의 전파
(C) 크레이즈 파괴의 집중부에서 분자쇄 절단이나 크랙이 발생
(D) 폴리머 파단
또한, 결정 레벨에서는, 인장에 의해 다음과 같은 변화가 발생하는 것이 알려져 있다.
(a) 분자 레벨의 결정의 파괴(분자쇄 박리)
(b) 결정의 블록상 파괴(분자쇄 박리)
(c) 결정 내에서의 분자의 미끄럼 회전(변화 소)
이들 중, (a) 및 (b)에서는, 결정 영역이 파괴되어, 비결정 영역이 증가된다. 또한, 분자쇄가 결정 영역으로부터 박리되고, 보이드나 피브릴이 형성되어, 크레이즈 파괴가 일어난다. 그러나, (c)에서는, 결정 영역의 대미지는 적고, 비결정 영역은 거의 증가되지 않는다.
이와 같은 기구에서 증가하는 비결정 영역은, 응력 갈라짐을 비롯한 파괴의 기점이 된다. 그 때문에, 보이드나 피브릴의 형성이나 크레이즈 파괴의 발생을 가능한 한 저지하여, 배관의 내부로부터의 유체 압력이나, 배관의 외부로부터의 토압 등이 가해졌을 때, 취성 파괴나 크리프 파괴가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이에 반해, 도관(1)에 나프텐을 함유하는 오일이나 아로마틱스를 함유하는 오일을 배합하면, 폴리에틸렌의 결정 내에 존재하는 분자의 미끄럼성을 크게 향상시킬 수 있다. 결정 레벨의 변화를 결정 내에서의 분자의 미끄럼 회전으로 전환함으로써, 보이드나 피브릴의 형성이나, 크레이즈 파괴를 저감하여, 비결정 영역을 확대하기 어렵게 할 수 있기 때문에, 고밀도 폴리에틸렌의 열화에 의한 취성 파괴나 크리프 파괴를 저감할 수 있다.
또한, 나프텐을 함유하는 오일은, 폴리에틸렌과 SP값이 비슷하여, 상용성이 양호하다. 도관(1)에 나프텐을 함유하는 오일을 첨가하면, 오일을 결정 내의 분자의 세부에까지 침투시켜, 결정 내에서의 분자의 미끄럼성을 크게 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 분자 레벨의 결정의 파괴나, 결정의 블록상 파괴를 억제하면서, 결정 내에서의 분자의 미끄럼 회전을 일으키기 쉽게 할 수 있다.
또한, 나프텐을 함유하는 오일은, 저온에서도 상온에 가까운 유동성을 나타낸다. 일반적으로, 고분자 재료는 저온 취화를 일으키기 쉽고, 고밀도 폴리에틸렌은 저온에서의 내충격성이 낮은 결점을 갖기 때문에, 결정 내나 타이 분자의 주변에 있어서 분자의 미끄럼 회전이 발생하기 쉽게 하는 것이 중요하다. 도관(1)에 나프텐을 함유하는 오일을 첨가하면, 결정 내나 타이 분자의 주변에 침투한 오일이, 저온에서도 높은 유동성을 유지하여, 결정 내에서의 분자의 미끄럼 회전을 일으키기 쉽게 하기 때문에, 저온 취화에 대한 내성이나, 저온에서의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
한편, 아로마틱스를 함유하는 오일은, 점도 지수가 높고, 넓은 온도 범위에 있어서 고밀도 폴리에틸렌으로부터 스며 나오기 어려운 특징을 갖고 있다. 그 때문에, 도관(1)에 아로마틱스를 함유하는 오일을 첨가하면, 오일의 첨가에 의한 효과가 장시간에 걸쳐 지속된다.
또한, 아로마틱스를 함유하는 오일은, 인화점이 높은 특징을 갖고 있다. 그 때문에, 첨가제로서 아로마틱스를 함유하는 오일을 사용하면, 고밀도 폴리에틸렌관(10)을 안전하게 제조할 수 있다.
또한, 아로마틱스를 함유하는 오일은, 유황분 등의 불순물을 포함하고 있거나, 산가가 높거나 하는 경우가 많다. 유황분이나, 알데히드, 카르복실산 등은, 라디칼 반응에 관여하기 쉽기 때문에, 오일 자체가 희생적으로 열화됨으로써, 도관(1)의 열화를 억제하는 효과가 얻어진다.
또한, 나프텐을 함유하는 오일이나, 아로마틱스를 함유하는 오일은, 폴리에틸렌을 연화시키는 작용을 나타낸다. 일반적으로, 폴리에틸렌은, 방사선 환경 하에서 사용을 계속한 경우, 단단해져 용이하게 취화된다. 그러나, 도관(1)에 나프텐을 함유하는 오일이나 아로마틱스를 함유하는 오일을 배합하면, 고밀도 폴리에틸렌 자체가 연화되기 때문에, 방사선에 의한 취화가 발생하기 어렵게 할 수 있다.
나프텐을 함유하는 오일이나 아로마틱스를 함유하는 오일의 첨가량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 0.1질량부 이상 7질량부 이하로 하는 것이 바람직하고, 1질량부 이상 7질량부 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 첨가량이 7질량부를 초과하면, 오일이 스며 나오기 때문에, 적절한 배합이 곤란해진다. 한편, 첨가량이 0.1질량부 미만이면, 첨가에 의한 충분한 효과를 얻을 수 없다. 이에 반해, 상기한 첨가량의 범위에서 첨가량이 많을수록, 수지의 열화를 억제하는 효과나, 폴리에틸렌의 분자의 미끄럼성을 향상시키는 효과가 높아진다.
수지에 포함되는 오일의 함유량은, 예를 들어 적외 분광 분석에 의해 측정할 수 있다. 또한, 수지 중에 있어서의 결정 영역 및 비결정 영역의 증감은, 예를 들어 시차 주사 열량계(Differential scanning calorimetry: DSC)를 사용하여 조사할 수 있다. 일반적인 고밀도 폴리에틸렌에서는, 수지의 열화에 의해 결정 융해 발열량이 크게 감소된다. 그러나, 첨가제로서, 나프텐을 함유하는 오일이나 아로마틱스를 함유하는 오일을 배합하면, 결정 융해 발열량이 거의 감소되지 않게 된다.
융착 방지 필름(3)은, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 수지 필름에 의해 형성된다. 융착 방지 필름(3)에 의하면, 가스 배리어 필름(2)을 덮도록 수지를 가열 성형할 때, 가스 배리어 필름(2)으로의 용융 수지의 융착이나, 가스 배리어 필름(2)으로의 용융 수지로부터의 전열을 차단할 수 있다. 가스 배리어 필름(2)에 다른 층이 융착되어 있으면, 외력 등이 가해진 경우에, 가스 배리어 필름(2)에 큰 장력이 가해진다. 또한, 가스 배리어 필름(2)에 용융 수지의 열이 전열되면, 가스 배리어 필름(2) 자체가 용융되어 버린다. 그러나, 융착 방지 필름(3)으로 융착이나 전열을 차단하면, 핀 홀이나 크랙이 발생하지 않게 되기 때문에, 가스 배리어성을 건전하게 유지할 수 있다.
융착 방지 필름(3)은, 1종의 수지 필름으로 구성되어도 되고, 복수종의 수지 필름으로 구성되어도 된다. 또한, 도면에 있어서, 융착 방지 필름(3)으로서는, 내측의 융착 방지 필름(3a)과, 외측의 융착 방지 필름(3b)이 구비되어 있지만, 이들은, 동일한 층 구성으로 되어도 되고, 서로 다른 층 구성으로 되어도 된다.
융착 방지 필름(3)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름, 폴리이미드 필름, 또는, 폴리아미드이미드 필름으로 형성되는 것이 바람직하다. 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리아미드이미드는, 융점이 150℃ 이상이다. 또한, 폴리이미드는, 150℃보다도 고온(약 500℃)에서 열분해될 때까지 용융되지 않는다. 그 때문에, 이들 수지에 의하면, 도관(1) 등을 수지 성형할 때의 가열 온도에 있어서, 융착 방지 필름(3) 자체가 용융되는 것을 피할 수 있다. 가스 배리어 필름(2)의 다른 층으로의 융착이나 용융이 방지되기 때문에, 가스 배리어성을 건전하게 유지할 수 있다.
또한, 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트나, 폴리이미드나, 폴리아미드이미드는, 방향환을 갖고 있어, 내방사선성이 높아, 고방사선량 하에서도 물성이 변화되기 어렵다. 그 때문에, 이와 같은 융착 방지 필름(3)을 사용함으로써, 고밀도 폴리에틸렌관(10)의 제조 후에, 도관(1)이나 가스 배리어 필름(2)을 방사선, 충격, 외압 등으로부터 보호할 수 있다.
융착 방지 필름(3)은, 관상으로 권취하였을 때의 총 두께가, 바람직하게는 10㎛ 이상, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 50㎛ 이상이다. 또한, 바람직하게는 300㎛ 이하, 보다 바람직하게는 200㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎛ 이하이다. 총 두께가 10㎛ 이상으로 두꺼울수록, 융착이나 전열을 억제하여, 가스 배리어 필름(2)의 가스 배리어성을 건전하게 유지할 수 있다. 한편, 총 두께가 300㎛ 이하로 얇을수록, 재료 비용이나 권회의 수고가 저감된다. 또한, 총 두께가 20㎛ 이상 200㎛ 이하이면, 수지 자체의 중성자 차폐능에 의해, 유효한 내방사선성이 얻어진다.
내층(4a)은, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다. 저밀도 폴리에틸렌은, 유연성, 내충격성, 내습성, 내수성, 내약품성 등이 높기 때문에, 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 내층(4a)에 의하면, 고밀도 폴리에틸렌관(10)의 내측을, 충격이나 외압, 흠집의 발생, 배관 내의 유체나 화학 물질 등으로부터 보호할 수 있다. 특히, 고방사선량 하에서는, 유체 중에 발생한 과산화수소가 차아염소산이나 과염소산을 생성하고, 이들 화학 물질이 케미컬 크랙을 발생하여 갈라짐이나 누설을 야기할 가능성이 있다. 그러나, 내층(4a)을 마련하면, 과산화수소, 차아염소산, 과염소산 등의 화학 물질이 도관(1)측에 침투하는 것을 억제할 수 있다.
외층(4b)은, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다. 저밀도 폴리에틸렌은, 유연성, 내충격성, 내습성, 내수성, 내약품성 등이 높기 때문에, 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 외층(4b)에 의하면, 고밀도 폴리에틸렌관(10)의 외측을, 충격이나 외압, 흠집의 발생, 배관 외부의 화학 물질, 수증기, 빗물, 결로수 등으로부터 보호할 수 있다.
일반적인 2층 관은, 도관과 피복층이 융착되어 있어, 수지 매트릭스가 연속한 구조를 갖고 있다. 그 때문에, 피복층의 수지가 열화되었을 때, 피복층에 발생한 취성 파괴의 충격이나 동적 왜곡이 도관을 향하여 전파되기 쉬워, 도관이 응력 갈라짐 등을 연쇄적으로 일으키기 쉽다는 결점이 있다. 특히, 피복층이 고밀도 폴리에틸렌이나 중밀도 폴리에틸렌인 경우, 유연성이 높은 저밀도 폴리에틸렌과 비교하여, 도관을 향하여 전파되는 충격이나 동적 왜곡은 커진다.
이에 반해, 고밀도 폴리에틸렌관(10)에서는, 도관(1)과 내층(4a) 사이나, 도관(1)과 외층(4b) 사이에, 가스 배리어 필름(2)이나 융착 방지 필름(3)이 개재되어 있다. 가스 배리어 필름(2)이나 융착 방지 필름(3)은, 융착과 같이 층끼리가 면접 합으로 일체화된 구조가 아니라, 필름의 권회에 의해 층을 형성한다. 이들 가스 배리어 필름(2)이나 융착 방지 필름(3)은, 충격이나 동적 왜곡의 전파나, 갈라짐의 진전을 저지하는 장벽으로서 기능하기 때문에, 도관(1)을 내외 양측으로부터 보호할 수 있다.
외층(4b)은, 고밀도 폴리에틸렌관(10)이 옥외 등의 자외선 환경에 노출되는 경우, 첨가제로서 카본 블랙을 함유하는 것이 바람직하다. 카본 블랙으로서는, 예를 들어 퍼니스 블랙, 채널 블랙, 아세틸렌 블랙, 서멀 블랙 등을 사용할 수 있다. 카본 블랙이 배합되어 있으면, 자외선이 흡수되기 때문에, 외층(4b) 자체나 도관(1)의 열화를 억제할 수 있다.
카본 블랙은, 외층(4b)에서의 함유량이 외층의 질량을 기준으로, 바람직하게는 1.0질량％ 이상, 보다 바람직하게는 1.5질량％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 4.0질량％ 이하, 보다 바람직하게는 3.0질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.5질량％ 이하이다. 함유량이 1.0질량％ 이상으로 많을수록, 자외선을 흡수하는 높은 효과가 얻어지기 때문에, 고밀도 폴리에틸렌관(10)의 내후성을 충분히 향상시킬 수 있다. 또한, 함유량이 4.0질량％ 이하로 적을수록, 카본 블랙이 수지 중에 응집괴를 발생시키기 어려워지기 때문에, 응집괴가 파괴의 기점이 되는 것을 피할 수 있다.
내층(4a)이나 외층(4b)의 두께는, 바람직하게는 0.4㎜ 이상, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 0.8㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 1.0㎜ 이상이다. 또한, 바람직하게는 4㎜ 이하, 보다 바람직하게는 3㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎜ 이하이다. 두께가 0.4㎜ 이상으로 두꺼울수록, 높은 보호 성능이 얻어진다. 한편, 두께가 4㎜ 이하로 얇을수록, 소정의 외경에 대하여 충분한 내경이 확보되고, 재료 비용이 저감된다. 또한, 두께가 0.5㎜ 이상 3㎜ 이하이면, 수지 자체의 중성자 차폐능에 의해, 유효한 내방사선성이 얻어진다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 제조 방법에 대하여 설명한다.
고밀도 폴리에틸렌관(10)(도 1, 도 2 참조)은, 통상 내층(4a)을 수지 성형하는 공정과, 성형된 내층(4a)의 외표면에 내측의 가스 배리어 필름(2a)을 권회하는 공정과, 내측의 가스 배리어 필름(2a)이 권회된 관체의 외표면에 내측의 융착 방지 필름(3a)을 권회하는 공정과, 내측의 융착 방지 필름(3a)이 권회된 관체의 외표면에 도관(1)을 수지 성형하는 공정과, 성형된 도관(1)의 외표면에 외측의 가스 배리어 필름(2b)을 권회하는 공정과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)이 권회된 관체의 외표면에 외측의 융착 방지 필름(3b)을 권회하는 공정과, 외측의 융착 방지 필름(3b)이 권회된 관체의 외표면에 통상의 외층(4b)을 수지 성형하는 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
고밀도 폴리에틸렌관(10)의 내층(4a)은, 펠릿 등으로서 준비되는 수지를 가열하고, 필요에 따라 첨가제를 첨가하여 혼련하고, 용융한 수지 조성물을 압출 성형, 사출 성형 등으로 통상으로 수지 성형하여 얻을 수 있다. 또한, 도관(1)이나 외층(4b)은, 펠릿 등으로서 준비되는 수지를 가열하고, 필요에 따라 오일, 카본 블랙 등의 첨가제를 첨가하여 혼련하고, 용융한 수지 조성물을 내측의 층이 형성된 관체의 외주에 피복 성형하여 얻을 수 있다.
도관(1)이나 외층(4b)을 피복 성형하는 방법으로서는, 예를 들어, 관체를 회전시키면서 T 다이 등으로 피복 성형하는 방법이나, 관체를 회전시킴과 함께 잡아당기면서 적당한 형상의 다이로 피복 성형하는 방법이나, 관체를 잡아당기면서 서큘러 다이 등으로 외주에 압출 성형하는 방법 등을 사용할 수 있다.
원료로서 사용하는 수지 조성물의 제조 시나, 고밀도 폴리에틸렌관의 제조 시에 있어서, 첨가제는, 드라이 블렌드해도 되고, 펠릿 등의 수지 조성물에 미리 배합해 두어도 된다. 단, 카본 블랙 등의 고체의 첨가제는, 혼련이 불충분하면 응집되어 파괴의 기점이 될 수 있다. 그 때문에, 첨가제는, 미리 마스터 뱃치로 하고 나서 혼합하는 것이 바람직하고, 특히 오일과 혼합한 상태에서 마스터 뱃치로 하고 나서 혼합하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 원료로서 사용하는 수지 조성물의 제조 시, 첨가제를 드라이 블렌드하는 경우에는, 첨가제를 배합하여 제작한 마스터 뱃치 펠릿과, 수지를 포함하는 수지 펠릿을, 펠릿 제조 장치의 호퍼에 투입하고, 이들을 용융 혼련한다. 그리고, 혼련된 용융 수지 조성물을, 다수의 구멍(예를 들어, 직경 3㎜ 정도)이 개방되어 있는 스테인리스 원반에 통과시켜 수중에 압출하고, 원반면에 평행하게 설치되어 있는 나이프로 소정 길이(예를 들어, 길이 3㎜ 정도)로 절단함으로써, 첨가제가 배합된 수지 조성물 펠릿을 얻을 수 있다.
혹은, 원료로서 사용하는 수지 조성물의 제조 시, 첨가제로서 배합하는 오일은, 용융한 수지 조성물에 단독으로 직접적으로 혼합해도 된다. 예를 들어, 마스터 뱃치 펠릿이나 수지 펠릿을, 펠릿 제조 장치의 호퍼에 투입함과 함께, 마이크로튜브 펌프 등을 사용하여 오일을 일정한 적하 속도로 적하하여, 이들을 용융 혼련한다. 그리고, 혼련된 용융 수지 조성물을 수중에 압출하고, 소정 길이로 절단함으로써, 첨가제가 배합된 수지 조성물 펠릿을 얻을 수도 있다.
또한, 내층(4a)의 형성 시에는, 첨가제가 배합된 수지 조성물 펠릿만을 재료로서 사용해도 되고, 첨가제를 배합하여 제작한 마스터 뱃치 펠릿과 수지 펠릿을 재료로서 사용해도 된다. 예를 들어, 이들 펠릿을 압출기(파이프 제조 장치)의 호퍼에 공급하고, 압출기 내에서 가열 용융하고, 소정의 다이스로부터 원통상으로 압출하고, 인출기로 잡아당기면서 필요에 따라 사이징을 행하고, 냉각 수조 등에 통과시켜 냉각함으로써, 통상 내층(4a)을 형성할 수 있다.
또한, 도관(1)의 형성 시나, 외층(4b)의 형성 시에는, 첨가제가 배합된 수지 조성물 펠릿만을 재료로서 사용해도 되고, 첨가제를 배합하여 제작한 마스터 뱃치 펠릿과 수지 펠릿을 재료로서 사용해도 된다. 예를 들어, 이들 펠릿을 압출기에 공급하고, 압출기 내에서 가열 용융하고, 소정의 다이스로부터 내측의 층이 형성되어 있는 관체의 외표면에 압출하고, 필요에 따라 사이징을 행하고, 냉각함으로써, 도관(1)이나 통상의 외층(4b)을 형성할 수 있다. 도관(1)의 형성 시나, 외층(4b)의 형성 시에는, 내측의 층의 용융이나 필름의 융착을 방지하기 위해, 관체의 내표면측을 냉각하면서 수지 성형하는 것이 바람직하다.
혼련기로서는, 밴버리 믹서 등의 회분식 혼련기, 2축 혼련기, 로터형 2축 혼련기, 부스코 니더 등의 각종 혼련기를 사용할 수 있다. 또한, 압출기로서는, 예를 들어 단축 스크루 압출기, 2축 스크루 압출기 등을 사용할 수 있다. 다이스는, 스트레이트 헤드 다이스, 크로스헤드 다이스, 오프셋 다이스 등 중 어느 타입이어도 된다. 또한, 사이징은, 사이징 플레이트법, 아웃사이드 맨드럴법, 사이징 박스법, 인사이드 맨드럴법 등 중 어느 방법으로 행해도 된다.
폴리에틸렌의 혼련 온도는, 120℃ 이상 250℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 밴버리 믹서를 사용하는 경우, 예를 들어 180℃에서 10분간의 혼련 등으로, 충분히 용융된 수지 조성물을 얻을 수 있다. 또한, 폴리에틸렌의 수지 조성물은, 폴리에틸렌 100질량부에 대하여 0.1 내지 5질량부의 범위이면, 산화티타늄이 배합되어 있어도 된다.
가스 배리어 필름(2)이나 융착 방지 필름(3)은, 도포 성형 등의 적절한 방법으로 얻을 수 있다. 또한, 가스 배리어 필름(2)으로서 사용하는 다층 필름은, 공압출법, 라미네이트법 등의 적절한 방법으로 얻을 수 있다. 다층 필름은, 비연신 필름, 1축 연신 필름 및 2축 연신 필름 중 어느 것에 의해 형성되어도 된다. 다층 필름은, 고강도나 우수한 가스 배리어성을 얻는 관점에서는, 2축 연신 필름으로 형성하는 것이 바람직하다.
가스 배리어 필름(2)은, 내측의 층이 형성된 관체의 외표면을 덮도록, 권취기나 손으로 권회할 수 있다. 내층(4a)이나 도관(1)은, 가스 배리어 필름(2)의 권회 전에, 수랭이나 공랭에 의해, 적어도 열 융착이 발생하지 않는 온도까지 냉각해 두는 것이 바람직하다. 가스 배리어 필름(2)의 권취 방법은, 한 겹 감기, 다중 감기 및 나선 감기 중, 어느 권취 방법으로 해도 된다. 단, 가스 배리어성을 확실하게 발휘시키는 관점에서는, 임의의 겹침 폭을 마련한 권취쪽이 바람직하다. 예를 들어, 필름 폭의 1/2 이상이 되는 겹침 폭을 마련한 다중 감기 또는 나선 감기가 바람직하다.
융착 방지 필름(3)은, 내측의 층이 형성된 관체에 권회되어 있는 가스 배리어 필름(2)의 외표면을 덮도록, 권취기나 손으로 권회할 수 있다. 융착 방지 필름(3)의 권취 방법은, 한 겹 감기, 다중 감기 및 나선 감기 중, 어느 권취 방법으로 해도 된다. 단, 외측의 층을 수지 성형할 때, 가스 배리어 필름(2)에 용융 수지가 융착되거나, 용융 수지의 열로 가스 배리어 필름(2)이 용융되거나 하는 것을 피하는 관점에서는, 임의의 겹침 폭을 마련한 권취 방법이 바람직하다. 예를 들어, 필름 폭의 1/2 이상이 되는 겹침 폭을 마련한 다중 감기 또는 나선 감기가 바람직하다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 층 구성을 변화시킨 다른 형태에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관(10A)은, 도 1에 도시한 고밀도 폴리에틸렌관(10)과 마찬가지로, 유체의 통로를 형성하는 통상의 도관(1)과, 도관(1)의 내표면을 덮는 내측의 가스 배리어 필름(2a)과, 도관(1)의 외표면을 덮는 외측의 가스 배리어 필름(2b)과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)의 외표면을 덮는 외측의 융착 방지 필름(3b)과, 외측의 융착 방지 필름(3b)의 외표면을 덮는 외층(4b)을 구비하고 있다.
또한, 고밀도 폴리에틸렌관(10A)은, 도관(1)의 내측에, 내측의 가스 배리어 필름(2a)의 내표면을 덮는 내층(4a)을 구비하고 있다. 도 3에 도시한 고밀도 폴리에틸렌관(10A)이, 도 1에 도시한 고밀도 폴리에틸렌관(10)과 상이한 점은, 도관(1)과 내측의 가스 배리어 필름(2a) 사이가 아니라, 내측의 가스 배리어 필름(2a)과 내층(4a) 사이에, 내측의 융착 방지 필름(3a)을 구비하고 있는 점이다.
고밀도 폴리에틸렌관(10A)(도 3 참조)은, 통상의 도관(1)을 수지 성형하는 공정과, 성형된 도관(1)의 외표면에 외측의 가스 배리어 필름(2b)을 권회하는 공정과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)이 권회된 관체의 외표면에 외측의 융착 방지 필름(3b)을 권회하는 공정과, 외측의 융착 방지 필름(3b)이 권회된 관체의 외표면에 통상의 외층(4b)을 수지 성형하는 공정과, 내측의 가스 배리어 필름(2a) 및 내측의 융착 방지 필름(3a)을 권회하여 도관(1)의 내측에 배치하는 공정과, 내측의 가스 배리어 필름(2a) 및 내측의 융착 방지 필름(3a)이 권회되어 배치된 관체의 내표면에 통상의 내층(4a)을 수지 성형하는 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
고밀도 폴리에틸렌관(10A)의 도관(1)은, 펠릿 등으로서 준비되는 수지를 가열하고, 필요에 따라 오일 등의 첨가제를 첨가하여 혼련하고, 용융한 수지 조성물을 압출 성형, 사출 성형 등으로 통상으로 수지 성형하여 얻을 수 있다. 또한, 외층(4b)은, 펠릿 등으로서 준비되는 수지를 가열하고, 필요에 따라 카본 블랙 등의 첨가제를 첨가하여 혼련하고, 용융한 수지 조성물을 내측의 층이 형성된 관체의 외주에 피복 성형하여 얻을 수 있다. 또한, 내층(4a)은, 펠릿 등으로서 준비되는 수지를 가열하고, 필요에 따라 첨가제를 첨가하여 혼련하고, 용융한 수지 조성물을 외측의 층이 형성된 관체 내주에 피복 성형하여 얻을 수 있다.
내층(4a)을 피복 성형하는 방법으로서는, 예를 들어, 관체를 회전시키면서 관체의 내측에 삽입 가능한 적절한 형상의 다이로 관체의 내표면에 피복 성형하는 방법이나, 관체의 내측에 파리손상 수지 조성물을 삽입하고, 그 수지 조성물을 관체의 내측으로부터의 가스 블로우 등으로 관체의 내표면에 융착시키고 나서 냉각하는 방법 등을 사용할 수 있다.
고밀도 폴리에틸렌관(10A)의 내측의 가스 배리어 필름(2a)이나 내측의 융착 방지 필름(3a)은, 외측의 층이 형성된 관체의 내표면을 덮도록, 권취기나 손으로 권회할 수 있다. 예를 들어, 도관(1)의 내측에 삽입 가능한 권취기를 사용하여 권회하면서 도관(1)의 내측에 배치하는 방법이나, 도관(1)의 내측에 삽입 가능한 통상 또는 주상의 기재의 외주에, 가스 배리어 필름(2a)이나 융착 방지 필름(3a)을 미리 권회하고, 그 기재를 도관(1)의 내측에 삽입하고, 권회된 상태의 필름을 도관(1)의 내면에 부착시키고 기재만을 인발하는 방법 등을 사용할 수 있다. 기재로서는, 외표면에 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지, 왁스 등의 이형제를 도포한 기재나, 이형 시트를 권회한 기재 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이상의 층 구성을 변화시킨 고밀도 폴리에틸렌관(10A)(도 3 참조)에 의하면, 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10)(도 1 참조)과 비교하여, 도관(1)을 단독으로 수지 성형할 수 있기 때문에, 도관(1)의 수지 성형의 조건·설계의 자유도가 제약되기 어려워진다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌관(10A)의 제조에 있어서, 도관(1)의 내외 양측의 층을 형성하는 순서는, 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌관(10A)의 기능, 각 층의 주된 구성, 제조에 사용하는 그 밖의 조작·장치 등은, 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10)과 마찬가지로 할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌제의 조인트에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 조인트는, 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10, 10A)과 마찬가지의 층 구성을 갖는다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 조인트는, 유체의 통로를 형성하는 통상의 도관부(도관(1))와, 도관부(도관(1))의 내표면을 덮는 내측의 가스 배리어 필름(2a)과, 도관부(도관(1))의 외표면을 덮는 외측의 가스 배리어 필름(2b)과, 외측의 가스 배리어 필름(2b)의 외표면을 덮는 외측의 융착 방지 필름(3b)과, 외측의 융착 방지 필름(3b)의 외표면을 덮는 외층(4b)을 구비한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 조인트는, 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10, 10A)과 마찬가지로, 도관부(도관(1))의 내측에, 내측의 가스 배리어 필름(2a)의 내표면을 덮는 내층(4a)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10, 10A)과 마찬가지로, 도관부(도관(1))와 내측의 가스 배리어 필름(2a) 사이, 또는, 내측의 가스 배리어 필름(2a)과 내층(4a) 사이에, 내측의 융착 방지 필름(3a)을 구비할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 조인트는, 치수, 형상, 접속법 등이, 특별히 제한되는 것은 아니다. 접속법으로서는, 메커니컬식, 일렉트로 퓨전식, 비틀어 넣기식 등 중 어느 것이어도 된다. 본 실시 형태에 관한 조인트는, 관이 연결되는 동체부가 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10, 10A)과 마찬가지로, 고밀도 폴리에틸렌제의 도관부(도관(1)), 가스 배리어 필름(2), 융착 방지 필름(3)을 갖는 한, 플랜지, 너트, 새들, 시일재 등을 부속하고 있어도 된다.
본 실시 형태에 관한 조인트는, 예를 들어 상기 고밀도 폴리에틸렌관(10, 10A)과 마찬가지로, 압출 성형, 사출 성형 등으로 동체부가 되는 통상의 내층(4a) 또는 도관부(도관(1))를 수지 성형하고, 내외 양면에 권회된 가스 배리어 필름(2)이나 융착 방지 필름(3)을 배치하고, 각 융착 방지 필름(3)의 표면에 외층(4b)이나 내층(4a)을 수지 성형하고, 관 조인트에 필요한 2차 가공을 실시함으로써 제조할 수 있다.
이상의 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트에 의하면, 도관의 내외 양측이 가스 배리어 필름으로 덮이기 때문에, 대기 중의 산소나, 배관 내의 산소에 의한 도관의 산화 열화를 억제할 수 있다. 그 때문에, 고밀도 폴리에틸렌관이나 조인트가, 고선량의 방사선, 대기 중의 산소, 배관 내의 기상부에 존재하는 산소, 배관 내의 유체 중에 용존되어 있는 산소, 여름철의 옥외와 같은 강한 자외선, 산성비 등에 장시간 노출되는 경우나, 고농도 내지 고선량의 방사성 물질을 포함하는 유체, 고온의 유체 등에 장시간 접촉하는 경우 등이라도, 산화의 전파 반응이 억제되어, 방사선, 자외선, 산소, 열 등의 외적 인자에 의한 도관의 열화가 대폭 억제된다. 또한, 배관 내를 흐르는 유체가 방사선 분해 등에 의해 고활성의 화학 물질을 생성하거나, 배관 내에 약품 등의 화학 물질이 흐르거나 하는 경우가 있더라도, 이들 화학 물질이 도관측으로 확산·침투되기 어려워져, 케미컬 크랙이 억제된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트에 의하면, 외측의 가스 배리어 필름이 외층으로 덮이기 때문에, 외부로부터 토압, 충격, 하중 등이 가해진 경우에 가스 배리어 필름이 손상되는 것이 방지되고, 가스 배리어 필름 자체나 도관이 방사선이나 자외선으로 열화되는 것도 억제된다. 또한, 내측의 가스 배리어 필름이 내층으로 덮이기 때문에, 배관 내를 흐르는 이물이 충돌하는 경우나, 배관의 내측으로부터 유체 압력이 가해지는 경우 등에, 가스 배리어 필름의 손상이 방지되어, 배관의 내측으로부터 화학 물질의 확산·침투가 보다 억제된다. 또한, 가스 배리어 필름의 외측이 융착 방지 필름으로 덮이기 때문에, 가스 배리어 필름의 건전성을 유지하면서, 가열 용융시킨 수지로 외층을 수지 성형할 수 있다. 배관의 최표면에 보호 테이프를 권회하는 경우와는 달리, 수지 성형된 외층은, 간극·구멍이 발생하기 어렵고, 박리되기 어렵기 때문에, 외적 인자에 대한 내성이 향상된다.
따라서, 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트에, 유체 압력, 토압, 그 밖에, 충격, 하중 등이 가해진 경우에도, 환경 응력 균열이나 크리프 파괴가 발생하기 어려워져, 균열, 취성 갈라짐 등이 발생하거나, 배관 등이 파열되거나 하는 것이 방지된다. 즉, 폴리에틸렌이 갖는 취성 파괴 갈라짐을 일으키기 쉽다는 본질적인 결점을, 발본적으로 개선할 수 있다. 눈에 보이지 않는 미소한 결함이 존재해도, 거기에 응력이 집중되어 취성 파괴나 응력 균열을 일으키기 어렵고, 충분한 연신, 탄성이 얻어지기 때문에, 내응력 환경 균열성이나 내충격성을 향상시킬 수 있다.
특히, 통상 환경뿐만 아니라, 고선량의 방사선 환경, 여름철의 옥외 등의 자외선 환경, 여름철 등의 고온 환경, 고농도의 산소나 산성비에 노출되는 환경 등, 다양한 과혹 환경 하에서도, 수지의 열화에 의한 취성 파괴나 크리프 파괴가 저감되는 고밀도 폴리에틸렌관이나 조인트가 얻어진다. 또한, 장기 정수압 강도, 탄성, 내환경 응력 균열성, 내충격성 등이 장기간에 걸쳐 저하되기 어렵고, 취성 파괴 갈라짐이나 파열에 이르기 어려운 고밀도 폴리에틸렌관이나 조인트가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트는, 용도가 특별히 제한되는 것은 아니다. 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트는, 적당한 환경에서 사용할 수 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트는, 물, 해수 등의 적절한 유체의 수송에 사용할 수 있다. 특히, 고밀도 폴리에틸렌관이나 조인트는, 원자력 관련 시설에 있어서의 물, 해수, 오염수, 건물 내 체류수 등의 수송에 적합하다.
예를 들어, 원자력 관련 시설에 있어서는, 수십 내지 수백개의 원자력 설비용 배관이 둘러쳐져, 복수의 오염수 체류 에어리어와 접속되어 있다. 이들 배관의 전체 길이는, 일반적으로, 약 10㎞ 내지 20㎞ 정도이다. 고밀도 폴리에틸렌관이나 조인트는, 이와 같은 오염수를 처리하거나, 건물 내에서의 배수를 처리하거나 하는 원자력 설비용 배관의 용도에 적합하게 사용할 수 있다.
고밀도 폴리에틸렌관이나 조인트에 의하면, 방사성 물질을 포함하는 유체의 수송이나, 고방사선량 하 내지 옥외에서의 유체의 수송을, 장기간에 걸쳐 건전하게 또한 확실하게 행할 수 있다. 고농도의 방사성 물질을 포함하는 유체를 취급하는 경우에 있어서도, 장기에 걸치는 사용이 가능하고, 교체나 점검의 빈도가 감축되기 때문에, 부설·장착을 위한 공정수나 기재수, 시공자나 점검자의 피폭의 위험성 등을 대폭 저감할 수 있다.
이상, 본 발명에 관한 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 기술적 범위를 일탈하지 않는 한, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기 실시 형태는, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지는 않는다. 또한, 실시 형태의 구성의 일부를 다른 구성으로 치환하거나, 실시 형태의 구성에 다른 구성을 추가하거나 하는 것이 가능하다. 또한, 실시 형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가, 구성의 삭제, 구성의 치환을 하는 것도 가능하다.
예를 들어, 상기 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트는, 내측에 내층(4a)을 구비하고 있지만, 내측의 가스 배리어 필름(2a)이나 융착 방지 필름(3a)의 종류나 두께, 배관 내를 흐르는 유체의 종류, 유체에 포함되는 이물의 농도 등에 따라서는, 내층(4a)을 마련하지 않아도 된다. 내층(4a)을 마련하지 않는 경우, 가스 배리어 필름(2a)의 내측의 융착 방지 필름(3a)도 마련하지 않아도 된다.
내층(4a)을 마련하지 않는 경우, 도관(1)의 내측에 삽입 가능한 통상 또는 주상 기재 외주에, 가스 배리어 필름(2a)을 미리 권회하고, 그 기재를 도관(1)의 내측에 삽입하고, 권회된 상태의 필름을 도관(1)의 내면에 부착시키고 기재만을 인발하는 방법에 의해, 고밀도 폴리에틸렌관을 제조할 수 있다.
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌관 및 조인트는, 도관(1)과, 가스 배리어 필름(2)과, 융착 방지 필름(3)과, 내층(4a)과, 외층(4b)을 구비하고 있지만, 도관(1)과 외측의 가스 배리어 필름(2b) 사이나, 외측의 가스 배리어 필름(2b)과 외측의 융착 방지 필름(3b) 사이 등에, 충격을 완충하는 완충층 등을 마련할 수도 있다. 완충층은, 예를 들어 밀도가 0.940g/㎤ 미만인 폴리에틸렌을 포함하는 수지나, 그 밖의 필름, 테이프 등으로 마련할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 나타내어 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위는 이것에 한정되는 것은 아니다.
나프텐을 함유하는 오일 및 아로마틱스를 함유하는 오일의 첨가량이나, 가스 배리어 필름의 층 구성을 변화시켜 고밀도 폴리에틸렌관의 시험편을 제작하고, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신을 평가하였다.
도관으로서는, 지글러 촉매를 사용하여 제조된 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 고밀도 폴리에틸렌의 기재에, 첨가제로서, 나프텐을 함유하는 오일, 또는, 아로마틱스를 함유하는 오일을 배합하고, 밴버리 믹서를 사용하여 180℃에서 10분간 혼련하여, 고밀도 폴리에틸렌관용 펠릿을 조립하였다. 그리고, 이 펠릿을 사출 성형기에 투입하여, 원통상 도관을 성형하였다.
계속해서, 성형한 도관의 외주만, 또는, 외주와 내주의 양쪽에, 권취기를 사용하여 가스 배리어 필름을 권회하고, 외측의 가스 배리어 필름의 외주에, 융착 방지 필름을 권회하였다. 그리고, 융착 방지 필름의 외주에, 카본을 배합한 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌을 압출 성형하여 외층을 형성하여, 고밀도 폴리에틸렌관을 얻었다.
제작한 고밀도 폴리에틸렌관으로부터, 일본 공업 규격(Japanese Industrial Standards) JIS K 7162에 기재되어 있는 1B형 덤벨 형상의 시험편을 제작하였다. 그리고, 제작한 시험편에 대해, 60Co 선원으로부터 방출되는 γ선을 1kGy/h의 선량률로 조사하였다. 흡수선량은 1200kGy로 하였다.
<인장 시험>
인장 시험은, 일본 수도 협회 규격 「수도 배수용 폴리에틸렌관 JWWA K 144」에 준거하여 행하였다. 시험기는, 최대의 인장력을 지시하는 장치를 구비하고, 덤벨 형상의 시험편을 쥐는 파지구를 구비하는 JIS B 7721에 기재된 장치를 사용하였다. 시험편의 두께와 평행부의 폭을 측정하고, 연신 측정용 표선을 평행 부분의 중심부에 표시한 후에, 시험 속도 25㎜/min, 실온에서 인장 시험을 행하였다. 표선간 거리는 50㎜로 하였다. 인장 시험을 행하여 시험편의 파단 시의 표선간 거리를 측정하고, 하기 수학식 1에 의해, 파단 시의 연신을 산출하였다. 또한, 수학식 1에 있어서, EB는 파단 시의 연신(％), L0은 표선간 거리(㎜), L1은 파단 시의 표선간 거리(㎜)를 각각 나타내고 있다.
Figure 112019122822494-pat00006
이하, 나프텐을 함유하는 오일의 첨가량을 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 소정값이며, ％CA가 30％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, EVOH의 두께가 24㎛, LLDPE의 MFR이 3g/10분인 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 4a 및 도 4b는, 첨가제로서 사용한 오일의 ％CN과 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b에 있어서, 횡축은, 첨가제로서 사용한 오일의 ％CN(％), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 4a는, 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 4b는, 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 첨가제로서 나프텐을 함유하는 오일을 첨가한 경우, ％CN이 20％ 이상 60％ 이하에서, 인장 파단 연신이 현저하게 커져, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은 도 4a보다도 약간 상승하고, ％CN이 10％ 이상 60％ 이하에서 인장 파단 연신이 커져 있다.
다음에, 아로마틱스를 함유하는 오일의 첨가량을 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CA가 소정값이며, ％CN이 40％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, EVOH의 두께가 24㎛, LLDPE의 MFR이 3g/10분인 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 5a 및 도 5b는, 첨가제로서 사용한 오일의 ％CA와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에 있어서, 횡축은, 첨가제로서 사용한 아로마틱스를 함유하는 오일의 ％CA(％), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 5a는, 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 5b는, 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 첨가제로서 아로마틱스를 함유하는 오일을 첨가한 경우, ％CA가 5％ 이상 60％ 이하, 특히 5％ 이상 40％ 이하에서, 인장 파단 연신이 현저하게 커져, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 5b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은, 도 5a보다도 약간 상승하고, ％CN이 5％ 이상 80％ 이하, 특히 15％ 이상 60％ 이하에서 인장 파단 연신이 커져 있다.
다음에, 가스 배리어 필름의 LLDPE의 MFR을 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 40％이며, ％CA가 30％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, EVOH의 두께가 24㎛인 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 6a 및 도 6b는, 가스 배리어 필름에 사용한 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌의 MFR과 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b에 있어서, 횡축은, 가스 배리어 필름의 표면층으로서 사용한 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌의 MFR(g/10분), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 6a는, 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 6b는, 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 가스 배리어 필름의 표면층으로서 사용한 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌의 MFR이, 0.8g/10분 이상 10g)/10분 이하에서, 인장 파단 연신이 400％를 초과하고 있어, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 6b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은 도 6a보다도 약간 상승하고, MFR이 3g/10분 이하에서 인장 파단 연신이 커져 있다.
다음에, 가스 배리어 필름의 총 두께를 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 40％이며, ％CA가 30％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, EVOH의 두께가 24㎛, LLDPE의 MFR이 3g/10분인 필름을 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 7a 및 도 7b는, 가스 배리어 필름의 총 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b에 있어서, 횡축은, 가스 배리어 필름을 도관의 외주에 권취하였을 때의 총 두께(㎛), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 7a는, 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 7b는, 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 가스 배리어 필름의 총 두께가, 50㎛ 이상 400㎛ 이하에서, 인장 파단 연신이 현저하게 커져, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은 도 7a보다도 약간 상승하였다.
다음에, 가스 배리어 필름의 EVOH의 두께를 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 40％이며, ％CA가 30％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, LLDPE의 MFR이 3g/10분인 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 8a 및 도 8b는, 가스 배리어 필름에 사용한 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b에 있어서, 횡축은, 가스 배리어 필름의 중간층으로서 사용한 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께(㎛), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 8a는, 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 8b는, 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 가스 배리어 필름의 중간층으로서 사용한 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께가, 6㎛ 이상 50㎛ 이하에서, 인장 파단 연신이 현저하게 커져, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 8b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은 도 8a보다도 약간 상승하였다.
다음에, 융착 방지 필름의 두께를 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 40％이며, ％CA가 30％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, EVOH의 두께가 24㎛, LLDPE의 MFR이 3g/10분인 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 9a 및 도 9b는 융착 방지 필름의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b에 있어서, 횡축은, 융착 방지 필름의 두께(㎛), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 9a는 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 9b는 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 융착 방지 필름의 두께가, 20㎛ 이상 200㎛ 이하에서, 인장 파단 연신이 현저하게 커져, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 9b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은 도 9a보다도 약간 상승하였다.
다음에, 외층의 두께를 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 40％이며, ％CA가 30％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, LLDPE/EVOH/LLDPE의 다층 필름이며, EVOH의 두께가 24㎛, LLDPE의 MFR이 3g/10분인 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
도 10a 및 도 10b는, 외층의 두께와 파단 시의 연신의 관계를 도시하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b에 있어서, 횡축은, 외층의 두께(㎜), 종축은, 인장에 의한 파단 시의 연신(％)을 나타낸다. 도 10a는 도관의 외주에만 가스 배리어 필름을 권회한 결과, 도 10b는 도관의 외주와 내주의 양쪽에 동종의 가스 배리어 필름을 권회한 결과이다.
도 10a에 도시한 바와 같이, 외층의 두께가, 0.5㎜ 이상 3㎜ 이하에서, 인장 파단 연신이 현저하게 커져, 방사선 열화가 양호하게 억제되는 결과가 얻어졌다. 도 10b에 도시한 바와 같이, 내측의 가스 배리어 필름이 있는 경우, 인장 파단 연신은 도 10a보다도 약간 상승하였다.
다음에, 가스 배리어 필름의 층 구성을 변화시켜 제작한 시험편에 대하여, 방사선 조사 처리 후의 인장 파단 연신의 측정 결과, 및, 케미컬 크랙의 확인 결과를 나타낸다.
또한, 도관으로서는, 밀도가 0.95g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌을 사용하였다. 첨가제로서는, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중, n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 32％이며, ％CA가 10％인 오일을 사용하였다. 오일의 배합량은, 고밀도 폴리에틸렌 100질량부에 대하여, 5질량부로 하였다. 가스 배리어 필름으로서는, EVOH의 두께가 6㎛인 다층 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 300㎛가 되도록 사용하였다. 융착 방지 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름을, 권취하였을 때의 총 두께가 100㎛가 되도록 사용하였다. 외층으로서는, 3질량％의 카본을 배합한 두께가 2㎜인 저밀도 폴리에틸렌의 층을 형성하였다.
Figure 112019122822494-pat00007
표 1에 나타내는 바와 같이, 가스 배리어 필름의 표면층으로서 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 사용하면, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 경우와 비교하여, 방사선 열화가 억제되었다. 가스 배리어 필름이 어느 종류라도, 높은 내방사선성이 얻어져, 케미컬 크랙의 발생은 보이지 않았다.
1 : 도관, 도관부
2 : 가스 배리어 필름
3 : 융착 방지 필름
4a : 내층
4b : 외층
10 : 고밀도 폴리에틸렌관
21 : 중간층
22 : 표면층

Claims (15)

  1. 밀도가 0.940g/㎤ 이상 0.980g/㎤ 이하인 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 도관과,
    상기 도관의 내표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 내측의 가스 배리어 필름과,
    상기 도관의 외표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 외측의 가스 배리어 필름과,
    상기 외측의 가스 배리어 필름의 외표면을 덮고, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 융착 방지 필름과,
    상기 융착 방지 필름의 외표면을 덮고, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 외층
    을 구비하고,
    상기 내측의 가스 배리어 필름 및 상기 외측의 가스 배리어 필름은, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 중간층과, 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 갖는 다층 필름이고,
    상기 표면층은 수지가 적층된 층 구성을 갖는 고밀도 폴리에틸렌관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내측의 가스 배리어 필름의 내표면을 덮고, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 내층을 구비하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도관과 상기 내측의 가스 배리어 필름 사이에, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 내측의 융착 방지 필름을 구비하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 내측의 가스 배리어 필름과 상기 내층 사이에, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 내측의 융착 방지 필름을 구비하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도관이, 원유를 정제하였을 때 발생하는 나프텐을 함유하는 오일, 및, 원유를 정제하였을 때 발생하는 아로마틱스를 함유하는 오일 중 적어도 한쪽을 포함하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도관이, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중 n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CN이 10％ 이상 60％ 이하인 나프텐을 함유하는 오일, 및, 원유를 정제하였을 때 발생하는 오일 중 n-d-M법에 의한 환 분석의 ％CA가 5％ 이상 80％ 이하인 아로마틱스를 함유하는 오일 중 적어도 한쪽을 포함하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내측의 가스 배리어 필름 및 상기 외측의 가스 배리어 필름은, 상기 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지의 두께가 1㎛ 이상 50㎛ 이하인 고밀도 폴리에틸렌관.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면층은, 저밀도 폴리에틸렌 및 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌 중 적어도 한쪽을 포함하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다층 필름은, 외주에 권취하였을 때의 총 두께가 50㎛ 이상 400㎛ 이하인 고밀도 폴리에틸렌관.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지 필름은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 필름, 폴리이미드 필름, 또는, 폴리아미드이미드 필름인 고밀도 폴리에틸렌관.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지 필름은, 외주에 권취하였을 때의 총 두께가 20㎛ 이상 200㎛ 이하인 고밀도 폴리에틸렌관.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 외층이, 카본 블랙을 함유하는 고밀도 폴리에틸렌관.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 카본 블랙은, 상기 외층에서의 함유량이 외층의 질량을 기준으로 1.0질량％ 이상 3.0질량％ 이하인 고밀도 폴리에틸렌관.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    원자력 관련 시설에 있어서의 유체의 수송에 사용되는 원자력 설비용 배관인 고밀도 폴리에틸렌관.
  15. 밀도가 0.940g/㎤ 이상 0.980g/㎤ 이하인 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 통상(筒狀)의 도관부와,
    상기 도관부의 내표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 내측의 가스 배리어 필름과,
    상기 도관부의 외표면을 덮고, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 외측의 가스 배리어 필름과,
    상기 외측의 가스 배리어 필름의 외표면을 덮고, 융점이 150℃ 이상인 수지를 포함하는 융착 방지 필름과,
    상기 융착 방지 필름의 외표면을 덮고, 밀도가 0.910g/㎤ 이상 0.930g/㎤ 이하인 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 외층
    을 구비하고,
    상기 내측의 가스 배리어 필름 및 상기 외측의 가스 배리어 필름은, 에틸렌·비닐알코올 공중합 수지를 포함하는 중간층과, 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 갖는 다층 필름이고,
    상기 표면층은 수지가 적층된 층 구성을 갖는 조인트.
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