WO2006057456A1 - 積層構造 - Google Patents

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WO2006057456A1
WO2006057456A1 PCT/JP2005/022231 JP2005022231W WO2006057456A1 WO 2006057456 A1 WO2006057456 A1 WO 2006057456A1 JP 2005022231 W JP2005022231 W JP 2005022231W WO 2006057456 A1 WO2006057456 A1 WO 2006057456A1
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laminated structure
thermosetting resin
fiber
reinforced thermosetting
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Hitoshi Uchida
Masakatsu Yanagida
Kenichi Koumatsu
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Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention is used in various fields such as transportation piping of chemical factories, water and sewage, agriculture, fisheries industry, semiconductor manufacturing, hot spring facilities, food, automobile parts, etc.
  • the present invention relates to a laminated structure capable of suppressing thermal expansion in a piping member having excellent delamination strength and temperature change.
  • polyolefin resins such as polypropylene are excellent in chemical resistance and heat resistance.
  • polypropylene is used as a piping member in various factories where thermal expansion is large and temperature changes occur, the pipes meander. There was a problem. Therefore, for the purpose of improving the mechanical strength, after wiping the surface of the polypropylene layer with a solvent such as toluene, the chlorinated polypropylene having a chlorine content of 20 to 40% by weight is dissolved in the solvent and applied. After completely drying to form the first coating layer, a second coating layer for coating the chlorinated polypropylene diluent is further formed thereon, a polyester fiber mat is laminated in an undried state, and the fiber mat is laminated.
  • the chlorinated polypropylene second coating layer is infiltrated, and a resin precursor such as unsaturated polyester, styrene or diallyl phthalate is further coated thereon and impregnated.
  • a resin precursor such as unsaturated polyester, styrene or diallyl phthalate
  • a method of laminating a fiber reinforced thermosetting resin layer by repeating a process of finally laminating a fiber pine cake and coating and impregnating a resin precursor thereon a predetermined number of times has been proposed (Patent Document 1 “Patent No. 1”). 3 5 3 5 4 4 No. 1)).
  • the effect is that chlorinated poly is added to the first fiber mat.
  • the second coating layer of propylene is impregnated, and the first coating layer of the chlorinated polypropylene swells or dissolves with the solvent of the second coating layer of the chlorinated polypropylene and is integrated with the second coating layer of the chlorinated polypropylene, The adhesion between the polypropylene layer and the fiber reinforced thermosetting resin layer was greatly improved.
  • the effect is that the raised layer bites into the surface of the base material heat-softened by flame treatment, and the hardened fiber-reinforced thermosetting resin layer bites into the fiber material to exert a strong anchoring effect.
  • the affinity of the fiber material and the fiber reinforced thermosetting resin layer in contact with the surface for the thermosetting resin was improved. Disclosure of the invention
  • the conventional laminated structure has poor adhesion between the polypropylene layer and the fiber-reinforced thermosetting resin layer at high temperatures.
  • the delamination strength is insufficient and piping used in electrolytic plants, etc., is used at high temperatures and pressures, there is a problem of leakage or breakage due to insufficient mechanical strength around the fused joints of pipes and fittings. There was a risk of it occurring.
  • the polypropylene layer shrinks during cooling after heating because it is softened in the course of the production method. There is a possibility that the problem of the unstable shape of the glass may occur.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has a high delamination strength between a substrate, particularly a polypropylene layer and a fiber-reinforced thermosetting resin layer, not only at room temperature but also at a high temperature. It is an object of the present invention to provide a laminated structure that can suppress thermal expansion of a base material, for example, a piping member.
  • the surface treatment layer, the metal layer, and the fiber reinforced thermosetting resin layer are laminated in order from the base material.
  • the base material is made of a non-metal and surface treatment is performed.
  • the third feature is that the surface treatment is a treatment by a sandblast method.
  • a fourth feature is that the metal layer is a surface-treated layer or a layer interspersed with metal.
  • a fifth feature is that a primer layer is interposed between the metal layer and the fiber-reinforced thermosetting resin layer in the laminated structure.
  • the sixth feature is that the primer layer is made of polyurethane.
  • the seventh feature is that the primer layer contains at least an isocyanate-based polyurethane.
  • the primer layer is composed of at least two layers of polyurethane having different modifications.
  • the ninth feature is that the substrate is made of a resin.
  • the substrate is characterized in that the substrate is made of an polyolefin resin.
  • the first feature is that the laminated structure is used for a piping member.
  • FIG. 1 is an enlarged longitudinal sectional view of a main part when the laminated structure of the present invention is used for a polypropylene pipe.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing each layer when the laminated structure of the present invention is used in a polypropylene tube.
  • FIG. 3 is a partially cutaway perspective view when the laminated structure of the present invention is used for a flange.
  • FIG. 4 is a partially cutaway perspective view when the laminated structure of the present invention is used in a butterfly valve.
  • Figure 5 shows a comparison of adhesive strength by temperature.
  • the piping member is a member of a pipe itself, a joint for connecting the pipe, a valve, a case, a tank, a tank, and the like, which are formed in advance and formed by on-site construction. Includes pipes themselves and those that reinforce and repair existing pipes.
  • the non-metallic base material is polypropylene, high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene (MDPE), low density polyethylene (LDPE), ultra high molecular weight polyethylene (U ⁇ WPE), linear low density.
  • Chlorinated resins such as poly (vinylidene fluoride) (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-fluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoro Polyethylene monohexafluoropropylene copolymer (FEP), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), black trifluoroethylene monoethylene copolymer (ECTFE), tetrafluoroethylene ethylene copolymer (ETFE), Polyvinyl fluoride (PVF), Polyvinylidene fluoride Dohexafluoropropylene copolymer (PV DF-HEP), Polyvinylidene fluoride—Polychlorinated trifluorinated ethylene copolymer (PVDF—PCTFE) ), Etc., acrylonitrile tri-styrene copolymer resin, ethylene monoacetate vinyl copolymer resin, ethylene-
  • Non-metals such as ceramics, sintered oxides such as alumina, alumina, and magnesium, sintered carbides such as carbon, silicon, and boron carbide, inorganic substances, and ceramics made mainly from silicates.
  • olefinic resins suppress thermal expansion. It is suitable for use because of its large effect.
  • polyolefin resins it is most effective in preventing thermal expansion of polypropylene base materials.
  • the surface treatment layer in the base material in the present invention means a layer (or layered) formed by surface treatment on the base material in order to strengthen the bond between the base material, the metal layer, and the fiber reinforced thermosetting resin layer. Part) and the surface of the substrate A layer (or layered portion) that has been deformed or modified by the treatment of the surface, or a layer formed by applying a surface treatment material to the substrate surface is intended.
  • the surface treatment for the substrate in the present invention is a treatment applied to the substrate in the sense of strengthening the bond between the substrate and the metal layer, and includes sandblasting, oxidation treatment, ultraviolet treatment, and ionizing radiation treatment. Etc. Further, as described above, the treatment agent layer is formed by applying a treatment agent for improving adhesion to the surface of the base material. Of these, sandblasting is preferred in order to effectively improve the delamination strength.
  • a known sandblast method can be applied to the treatment by the sandblast method.
  • the treatment agent When applying the treatment agent, it can be carried out by applying the treatment agent on the base material using a normal coating device.
  • the metal of the metal layer in the present invention zinc (Zn), tin (Sn), ⁇ Ruminiumu (A1), aluminum oxide (A1 2 0 3), iron (Fe), ferrous oxide (FeO), the oxidation Examples thereof include ferrous (Fe 20 3 ), platinum (Pt), and stainless steel.
  • zinc, tin, aluminum, and aluminum oxide, which are less susceptible to oxidative degradation are preferably used.
  • the thickness of the metal layer is 20 to 500 / xm, preferably 20 to 6 ⁇ . If it is thicker than 20 m, the delamination strength with the base material is sufficient, and if it is thinner than 5 00] II, the work efficiency in the production of the laminated structure is good, and the cost is reduced.
  • the weight after molding is light.
  • the metal layer itself of the present invention is formed by lamination of metal sheets, metal plating, metal vapor deposition, or the like.
  • the surface treatment of the metal layer is performed by shot blasting, wire brushing, wire brushing, steel blasting, alumina blasting, electric discharge machining, or the like.
  • the metal layer is a surface applied to the surface of the substrate by metal spraying, etc. It may be a discontinuous metal layer in which metal is scattered and deposited in a discontinuous state on the treatment layer. In the case of an interspersed metal layer formed by metal spraying, an efficient and good adhesive laminate can be obtained.
  • the polyurethane of the present invention is a general term for polymer compounds having a urethane bond in the repeating unit of the main chain, and is a polyaddition reaction between diisocyanate (polyisocyanate) and glycol (polyol), and diamine in the presence of a dehydrochlorinating agent.
  • diisocyanate polyisocyanate
  • glycol polyol
  • diamine diamine
  • diamine diamine
  • ethylene carbonate reaction of diamine and ethylene carbonate, and the like.
  • polyurethane isocyanate-based polyurethane obtained by polyaddition reaction of diisocyanate (polyisocyanate) and glycol (polyol).
  • the isocyanate component of the polyurethane in the present invention is a compound having an isocyanate group in the molecule, preferably in one molecule.
  • a compound having two or more isocyanate groups include diphenylmethane-1,4-diisocyanate (hereinafter referred to as MD I), hexamethylene diisocyanate (HMD I), ⁇ DI trimer, HMD I 3mol and trimethylol.
  • MD I diphenylmethane-1,4-diisocyanate
  • HMD I hexamethylene diisocyanate
  • ⁇ DI trimer HMD I 3mol
  • Reactant of propane lmol 2,4_tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TD I), triphenylmethane-1,4 4, 4 1 Triisocyanate, Tris (P-isocyanate phenyl) thiophosphate.
  • These may be used alone or as a mixture of two or more, and those diluted with a solvent if necessary can also be used preferably.
  • solvent examples include n-hexane, black-form, xylene, tetra-cycloethylene, benzene, toluene, black-mouth benzene, nitrite benzene, acetone, ether, ethyl acetate, methylene chloride, di- Oxane, carbon tetrachloride, kerosene and the like.
  • polystyrene resin examples include polyoxypropylene glycol, polyoxypropylene-polyoxyethylene glycol, and the like.
  • the following materials are used in order to absorb the deformation of the piping member that is rich in elasticity and to prevent the fiber reinforced thermosetting resin layer from peeling off.
  • a liquid resin of MD I-modified polyisocyanate is applied and laminated so that each thickness is 10 to 500 m, preferably 10 to 300 i ffl.
  • a liquid resin of tolylene diisocyanate (hereinafter referred to as TDI) modified polyisocyanate has a thickness of 10 to 500 m, preferably 10 to 300. Apply and laminate to m.
  • each primer layer is greater than 10 m, the delamination strength with the metal layer or primer layer is sufficient, and if it is less than 300 m, the work efficiency in manufacturing the laminated structure It is good and the cost can be reduced.
  • thermosetting resin of the material for forming the fiber reinforced thermosetting resin layer unsaturated polyester, vinyl ester resin, phenol resin, epoxy resin, urea resin, melamine resin, diallyl resin, alkyd Resins, silicone resins and polyimide resins are exemplified, and unsaturated polyesters are particularly preferably used.
  • the reinforcing fiber include glass fiber, polyvinyl alcohol fiber, aromatic polyamide fiber, or carbon fiber, and glass fiber is preferably used.
  • glass cloth (GC), chopped strand mat (M), mouth bing cloth (WR), surfing cloth cross (SC), etc. are listed as suitable when considering work efficiency.
  • thermosetting resin layer Is The In addition, bulk molding compound (BMC) and sheet molding compound (SMC) can be applied as the fiber reinforced thermosetting resin layer.
  • BMC bulk molding compound
  • SMC sheet molding compound
  • a curing agent In addition to the thermosetting resin and the reinforcing fiber, a curing agent, a thickener, a filler, a coloring agent, etc. are added as necessary.
  • the fiber reinforced thermosetting resin layer of the present invention is laminated so as to have a thickness of 1 to 30 mm, preferably 1.5 to 10 mm. If the thickness is greater than 1 mm, the mechanical strength and delamination strength are sufficient, and the thermal expansion of the substrate can be suppressed. If the thickness is less than 30 mm, the material cost of the thermosetting resin and the reinforcing fiber is minimal, the mechanical strength is sufficient, and the working time is shortened, thereby reducing the cost.
  • the fiber reinforced thermosetting resin layer of the present invention is formed by adhering, wrapping and adhering bulk molding compound (BMC) and sheet molding compound (SMC) before thermosetting onto the metal layer. It can be formed by applying it in layers by means and curing it by applying heat.
  • BMC bulk molding compound
  • SMC sheet molding compound
  • the treatment layer is a blast treatment layer and a primer layer is formed
  • a metal layer is interposed between the blast treatment layer and the primer layer
  • the primer layer is a specific layer.
  • the fiber reinforced thermosetting resin layer with low thermal expansion can be used in the piping of various factories where temperature changes occur.
  • the thermal expansion of the pyrene pipe is suppressed, and the pipe can be prevented from meandering.
  • FIG. 1 is a fiber reinforced thermosetting resin reinforcing tube.
  • 2 is a pipe made of polypropylene.
  • a polypropylene tube is the substrate.
  • 3 is a sandblast treatment layer formed by sandblasting the outer surface of the polypropylene pipe 2.
  • 4 is a zinc interspersed layer. Zinc is sprayed on the surface of the sandblasted layer 3 to form a layer having a thickness of about .30.
  • MD I-modified polyurethane layer 5 is an MD I-modified polyurethane layer, and a one-component polyurethane paint containing bio-isocyanate MD I (Bio-Niyashi Ira # 2 0 1 4; Kyushu Paint Industry Co., Ltd.) is a zinc interspersed layer 4 It is formed by coating on the surface.
  • 6 is a TD I-modified polyurethane layer, MD I-modified polyurethane layer 5
  • One-component polyurethane paint containing TD I-modified polyisocyanate on the surface (Pionee Lacquer # 1 0 0, Kyushu Paint Industry Co., Ltd.) ) Is applied.
  • Reference numeral 7 denotes a fiber reinforced thermosetting resin layer, which is formed with a thickness of about 6 dragons composed of a glass fiber impregnated with an unsaturated polyester resin on the surface of the TDI-modified polyurethane layer 6.
  • a fiber reinforced thermosetting resin reinforced pipe 1 of this embodiment in a pipe that causes a temperature change in a chemical factory, the thermal expansion of the polypropylene pipe can be suppressed and the pipe can be prevented from meandering. it can.
  • Reference numeral 10 denotes a fiber-reinforced thermosetting resin-reinforced flange, and each layer is formed on the surface of a polypropylene flange (base material) 9 as in the first embodiment.
  • 8 is a fiber reinforced thermosetting resin layer forming the outermost surface.
  • the flange 9 made of polypropylene is the base material.
  • FIG. 13 is a fiber reinforced thermosetting resin reinforced butterfly valve.
  • Each layer is formed on the surface of a polypropylene butterfly valve body (base material) 12 in the same manner as in the first embodiment.
  • 1 1 is a fiber reinforced thermosetting resin layer forming the outermost surface.
  • a polypropylene butterfly valve main body 12 is a base material.
  • the delamination strength of the fiber reinforced thermosetting resin reinforced polypropylene pipe is determined according to JISK 6850 “Tensile shear bond strength test of rigid adhesive material”.
  • JISK 6850 Teensile shear bond strength test of rigid adhesive material.
  • the test specimens were confirmed to have adhesive strength at 23 ° C and 90 ° C. .
  • Each test piece was prepared as follows. Table 1 shows the results of each bond strength.
  • Figure 5 shows a comparison of adhesive strength by temperature. Preparation of test piece 1 corresponding to Example 1
  • a test piece 1 corresponding to Example 1 was obtained in the same manner as in the first embodiment except that a polypropylene plate having a length of 400 nim, a width of 300 mm, and a thickness of 10 mm was used instead of the polypropylene tube.
  • Example 1 instead of the one-component polyurethane paint containing MDI-modified polyisocyanates, a primer containing a polyisocyanate compound and chlorinated polypropylene, etc. (K—500, Sumitomo Suriname Co., Ltd.) ))
  • a test piece 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that was used.
  • Comparative specimen 1 a primer containing a polyisocyanate compound and chlorinated polypropylene, etc. (K—500, Sumitomo Suriname Co., Ltd.) )
  • the adhesive strength that is, the delamination strength of the test pieces 1 and 2 according to the present invention, which is the laminated structure of the present invention, was obtained from the comparative test piece 1 and the comparative test piece .2. This is a significant improvement over conventional laminated structures, especially at 90 ° C.
  • the pipe of Example 1 has a diameter of 1 2 5 MI, a wall thickness of 12.8 mm> a polypropylene pipe having a length of about 4 m as a base material, and an MD I-modified polyurethane layer is pioneered.
  • the fiber reinforced thermosetting resin layer was formed with a thickness of about 6 mm to about 2.7 mm by using a pioneer glass # 4 0 3 instead of the onion glass # 2 0 1 4 Except for the above, a test tube corresponding to the present invention was obtained in the same manner as in the first embodiment.
  • the expansion ratio of the test tube corresponding to the present invention which is the laminated structure of the present invention, is 1/6 of the expansion ratio compared to the test tube for comparison, and the thermal expansion suppressing effect is remarkable. I understand. Therefore, even if a pipe using the laminated structure of the present invention is piped in a pipe line through which a high-temperature fluid flows, the pipe can be maintained in substantially the same state as the initial state without the pipe meandering as in the conventional case.
  • Advantages of the Invention-The present invention has various structural features such as those described above, such as transportation piping in chemical fields, water and sewage, agriculture / fishery industry, semiconductor manufacturing, hot spring facilities, food, automobile parts, etc. To provide a layered structure capable of suppressing thermal expansion in piping materials, etc. that are excellent in chemical resistance, especially for alkaline fluids, have excellent delamination strength, and undergo temperature changes. Can do.

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Abstract

基材に繊維強化熱硬化性樹脂層が積層された積層構造において、基材から順に表面処理層、金属層、繊維強化熱硬化性樹脂層が積層されたことを特徴とする積層構造であり、特に前記基材が非金属からなり、表面処理が施されたことを特徴とし、また前記表面処理が、サンドブラスト法による処理であることを特徴とし、さらに前記金属層が、表面処理が施された層または金属が点在している層であることを特徴とする。前記積層構造における金属層と繊維強化熱硬化性樹脂層の間に、プライマー層が介在していてもよい。高温においても、基材、特にポリプロピレン管と繊維強化熱硬化性樹脂層との層間剥離強度が高く、熱膨張を抑えられる積層構造を提供できる。

Description

明 細 書 積層構造 技術分野
本発明は、 化学工場の輸送配管または、 上下水道、 農 , 水産業、 半導体製造、 温泉施設、 食品、 自動車部品等の種々の分野に用いら れ、 耐薬、 特にアルカリの流体に対して優れ、 層間剥離強度が優れ ているとともに温度変化が生じる配管部材、 等において熱膨張を抑 えることが可能な積層構造に関するものである。 背景技術
従来、 ポリプロピレン等のォレフィ ン系樹脂は耐薬 · 耐熱性に優 れているが、 ポリプロピレン単体では熱膨張が大きく、 温度変化が 生じる各種工場内に配管部材として用いられた場合、 配管が蛇行す るという問題点があった。 その為、 機械的強度を向上させる目的で 、 ポリプロピレン層表面を トルオール等の溶剤で清拭した後、 塩素 含有量が 2 0〜 4 0重量%の塩素化ポリプロピレンを溶剤に溶解さ せて塗布及び完全に乾燥させ第 1塗布層を形成後、 その上にさらに 前記塩素化ポリプロピレン希釈液を塗布する第 2塗布層を形成し、 未乾燥状態でポリエステル繊維マツ トを積層し、 該繊維マツ トに該 塩素化ポリプロピレン第 2塗布層を浸透させ、 さらにその上に不飽 和ポリエステル、 スチレン、 ジァリルフタレート等の樹脂前駆体を 塗布し含浸させる。 最終的に繊維マツ 卜を積層しその上に樹脂前駆 体を塗布含浸させる作業を所定回数繰返して繊維強化熱硬化性樹脂 層を積層する方'法が提案されている (特許文献 1 「特許第 3 5 3 5 4 4 1号」 参照) 。 その効果は、 一層目の繊維マツ トに塩素化ポリ プロピレン第 2塗布層が含浸し、 さらに該塩素化ポリプロピレン第 1塗布層は該塩素化ポリプロピレン第 2塗布層の溶剤で膨潤あるい は溶解して塩素化ポリプロピレン第 2塗布層と一体化する為、 ポリ プロピレン層と繊維強化熱硬化性樹脂層との密着性が大幅に向上す るものであった。
また、 ポリプロピレン層表面をバーナーの火炎によって加熱軟化 させた上で、 その上から、 ポリプロピレン基材と接触する側に起毛 層を有するテープ状の繊維材料を圧着させ、 その後冷却させ、 さら に該繊維材料の上に、 プレボリマー、 モノマ一及び硬化剤からなる 含浸液中に浸潰させたガラス繊維織布を圧着及び硬化させ、 繊維強 化熱硬化性樹脂層を積層する方法も提案されている (例えば、 特許 文献 2 「特公平 5— 1 0 2 2 5号」 参照) 。 その効果は、 起毛層が 火炎処理によって加熱軟化された基材表面に食込み、 また、 硬化し た繊維強化熱硬化性樹脂層が繊維材料に食込んで強固な投錨効果を 発揮し、 さらに火炎処理によって基材表面が若千炭化されることに より、 該表面に接する繊維材料及び繊維強化熱硬化性樹脂層の熱硬 化性樹脂に対する親和力が向上するものであった。 発明の開示
しかしながら、 前記従来の方法の積層構造では、 高温におけるポ リプロピレン層と繊維強化熱硬化性樹脂層との接着性が乏しい。 即 ち、 層間剥離強度が不十分で、 電解工場等の配管において、 高温 , 高圧で使用される場合、 管及び管継手の融着接合部周辺での機械的 強度不足による漏れ又は破壊という問題が生じるおそれがあった。
また、 ポリプロピレン層表面を火炎処理して積層する方法におい ても、 製造方法の過程において加熱軟化させるので、 加熱後の冷却 中にポリプロピレン層の収縮が起こり、 ポリプロピレン層の成形後 の形状が安定しないという問題が生じるおそれがあつた。
本発明は、 以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので あり、 常温のみならず高温においても、 基材、 特にポリプロピレン 層と繊維強化熱硬化性樹脂層との層間剥離強度が高く、 基材、 例え ば配管部材、 等の熱膨張を抑えられる積層構造を提供することを目 的とする。
本発明の積層構造は、 基材に繊維強化熱硬化性樹脂層が積層され た積層構造において、 基材から順に表面処理層、 金属層、 繊維強化 熱硬化性樹脂層が積層されたことを第 1 の特徴とする。
また、 前記基材が非金属からなり、 表面処理が施されたことを第
2の特徴とする。
さ らに、 前記表面処理がサンドブラス ト法による処理であること を第 3 の特徴とする。
さ らに、 前記金属層が、 表面処理が施された層または金属が点在 している層であることを第 4の特徴とする。
また、 前記積層構造における金属層と繊維強化熱硬化性樹脂層の 間に、 プライマ一層が介在していることを第 5の特徴とする。
さ らに、 前記プライマ一層が、 ポリ ウレタンからなることを第 6 の特徴とする。
さ らに、 前記プライマー層が、 少なく ともイソシァネー ト系ポリ ウレタンを含むことを第 7 の特徴とする。
さらに、 前記プライマー層が、 変性の異なる少なく とも 2層のポ リウレタンからなることを第 8の特徴とする。
また、 前記基材が、 樹脂からなることを第 9 の特徴とす 。
さ らに、 前記基材が、 ォレフィ ン系樹脂からなることを第 1 0 の 特徴とする。
また、 前記積層構造が配管部材に用いられることを第 1 1 の特徴 とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の積層構造をポリプロピレン管に用いた時の要部 拡大縦断面図である。
図 2は、 本発明の積層構造をポリプロピレン管に用いた時の各層 を示す模式図である。
図 3は、 本発明の積層構造をフランジに用いた時の一部切欠斜視 図である。
図 4は、 本発明の積層構造をバタフライバルブに用いた時の <一部 切欠斜視図である。
図 5は、 温度別での接着強さの比較である。 発明の詳細な説明
本発明において、 配管部材は、 配管の管自体、 管を結合する継ぎ 手、 バルブ、 ァクチユエ一夕一の筐体及びタンク等の部材であって 、 予め成形されたもの、 現場施工により成形される管自体、 既存の 配管を補強、 補修するものを含む。
本発明において、 非金属からなる基材とは、 ポリプロピレン、 高 密度ポリエチレン (HDPE) 、 中密度ポリエチレン (MDPE) 、 低密度 ポリエチレン (LDPE) 、 超高分子ポリエチレン (U匪 WPE) 、 線状低 密度ポリエチレン (LLDPE) 、 架橋ポリエチレン (CRPE) 、 ポリブ テン (PB) 、 ポリメチルペンテン等のォレフィ ン系樹脂、 ポリ塩化 ビニル (PVC) 、 塩素化ポリ塩化ビニル (C— PVC) 、 ポリ塩化ビニ リデン等の塩素系樹脂、 ポリ ピニリデンフルオライ ド (PVDF) 、 ポ リテトラフルォロエチレン (PTFE) 、 テトラフルォロエチレンーパ —フルォロアルキルビニルエーテル共重合体 (PFA) 、 テトラフル ォロエチレン一へキサフルォロプロピレン共重合体 (FEP) 、 ポリ クロ口 トリフルォロエチレン (PCTFE) 、 クロ口 トリフルォロェチ レン一エチレン共重合体 (ECTFE) 、 テトラフルォロエチレンーェ チレン共重合体 (ETFE) 、 ポリ ビエルフルオライ ド (PVF) 、 ポリ ビニリデンフルオラィ ドーへキサフルォロプロピレン共重合体 (PV DF - HEP) 、 ポリ ビニリデンフルオライ ド—ポリクロ口 トリフルォ 口エチレン共重合体 (PVDF— PCTFE) 等のフッ素樹脂、 ァクリ ロ二 トリルースチレン共重合樹脂、 エチレン一酢酸'ビニル共重合樹脂、 エチレン—ビニルアルコール共重合樹脂、 ポリスチレン、 ポリウレ タン、 酢酸繊維素樹脂、 ポリエチレンテレフ夕レート、 ポリブチレ ンテレフタレ一ト等の飽和ポリエステル、 ナイロン 6、 ナイロン 66 、 ナイロン 1 1、 ナイロン 12、 ナイロン 6、 10等のポリアミ ド、 ポリ 力一ポネート、 ポリフエ二レンオキサイ ド、 ポリフエ二レンサルフ アイ ド、 ポリアリ レー卜、 ポリサルホン、 ポリエーテルサルホン、 ポリアミ ドイミ ド、 ポリイミ ド、 ポリアラミ ド、 ポリアミノビスマ レイミ ド、 芳香族ポリエステル、 ポリ トリアジン、 ポリエーテル— エーテルケトン、 ユリア樹脂、 メラミン樹脂、 フエノール樹脂、 ジ ァリルフタレート樹脂、 不飽和ポリエステル、 エポキシ樹脂等の熱 可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂、 アルミナペリ リア、 マグネシゥ ム等の焼結酸化物、 炭素、 ケィ素、 炭化ホウ素等の焼結炭化物、 無 機物質、 ゲイ酸塩を主原料とする陶製等の非金属が挙げられるが、 特にォレフィ ン系樹脂が熱膨張を抑える効果が大きい為、 好適に用 いられる。 さらにォレフィ ン系樹脂の中でもポリプロピレン製の基 材に対して最も熱膨張防止効果を発揮できる。
本発明における基材における表面処理層とは、 基材と金属層、 お よび繊維強化熱硬化性樹脂層との結合を強化する意味で基材への表 面処理により形成された層 (または層状部分) であって、 基材の表 面が処理されたことによって変形あるいは変性された層 (または層 状の部分) 、 あるいは表面処理材を基材表面に適用することによつ て形成された層を意図する。
本発明における基材に対する表面処理とは、 基材と金属層との結 合を強化する意味で基材へ適用される処理であって、 サンドブラス ト、 酸化処理、 紫外処理、 電離性放射線処理等を含む。 また、 前記 のごとく、 基材の表面に接着改善を図るための処理剤を適用して処 理剤層を形成することも含まれる。 この内、 層間剥離強度を効果的 に改善する上でサンドブラス 卜が好ましい。
サンドブラス ト法による処理は、 公知のサンドブラス ト法が適用 できる。
処理剤を適用する場合は、 通常の塗装用装置を用いて処理剤を基 材上に適用することで実施できる。
本発明における金属層の金属とは、 亜鉛 (Zn) 、 スズ (Sn) 、 ァ ルミニゥム (A1) 、 酸化アルミニウム (A1203 ) 、 鉄 (Fe) 、 酸化 第一鉄 (FeO) 、 酸化第二鉄 (Fe203 ) 、 白金 (Pt) 、 ステンレスな どが挙げられ、 特により酸化劣化の影響が小さい亜鉛、 スズ、 アル ミニゥム、 酸化アルミニウムが好適に用いられる。 該金属層の厚さ は 2 0〜 5 0 0 /xm、 望ましくは 2 0〜 6 θ ΐηで積層される。 2 0 ; mより厚ければ基材との層間剥離強度が十分であり、 5 0 0 ] IIよ り薄ければ該積層構造物の製造時の作業効率が良く、 コス 卜が抑え られ、 また、 成形後の重量は軽量である。
本発明の前記金属層自体は、 金属シー トの積層、 金属メツキ、 金 属蒸着、 等により形成される。 またその金属層の表面処理は、 ショ ッ トブラス ト、 ワイヤブラッシング、 針金ブラッシング、 スチール ブラス ト、 アルミナブラス ト、 放電加工等によって実施される。 ま た、 金属層は、 金属溶射などによって、 基材の表面に施された表面 処'理層に不連続状態に金属が点在して溶着した不連続金属層であつ てもよい。 金属溶射により形成された点在金属層の場合、 効率的で 、 接着性のよい積層体が得られる。
本発明のポリウレタンは、 主鎖の繰返し単位中にウレタン結合を 持つ高分子化合物の総称であって、 ジイソシァネート (ポリイソシ ァネート) とグリコール (ポリオール) との重付加反応、 脱塩酸剤 の存在下でジァミンにグリコールのビスクロルギ酸エステルを作用 させる反応、 ビス力ルバミン酸エステルとグリコールとのエステル 交換反応、 ジァミンと炭酸エチレンとの反応などによって得られる ものがある。 この内、 工業的に主として製造されるものは、 ジイソ シァネート (ポリイソシァネート) とグリコール (ポリオール) と の重付加反応により得られるポリウレタン (イソシァネート系ポリ ウレタン) である。
本発明におけるポリウレタンのイソシァネート成分とは、 分子中 にイソシァネート基を有する化合物であり、 好ましくは 1分子中に
2個以上のイソシァネー卜基を有する化合物である。 該化合物とし ては、 ジフエニルメタン一 4, 4ージイソシァネ一卜 (以下 MD Iと記 す) 、 へキサメチレンジイソシァネート (HMD I ) 、 匪 D Iの 3量体、 H MD I 3mo lと トリメチロールプロパン lmo lの反応物、 2, 4 _ トリ レン ジイソシァネ一卜 (2 , 4 - TDI ) 、 2 , 6—トリ レンジイソシァネー ト (2 ,· 6— TD I ) 、 トリフエニルメタン一 4, 4, 4一 トリイソシァネ ート、 トリスー (P—イソシァネ一トフェニル) チォフォスフェイ トなどが挙げられる。 これらは単独あるいは 2種類以上の混合物と して用いられ必要により溶剤で希釈したものも好ましく使用できる 。 上記溶剤としては、 n—へキサン、 クロ口ホルム、 キシレン、 テ トラクロ口エチレン、 ベンゼン、 トルエン、 クロ口ベンゼン、 ニト 口ベンゼン、 アセトン、 エーテル、 酢酸ェチル、 塩化メチレン、 ジ ォキサン、 四塩化炭素、 灯油等が挙げられる。
本発明におけるイソシァネート成分と反応してポリウレタンを構 成するポリオール成分 (ポリエーテル型またはポリエステル型) に は、 ポリオキシプロピレングリコール、 ポリオキシプロピレン—ポ リオキシエチレングリコール、 等が例示される。
好適には、 伸縮性に富み配管部材の変形が吸収され、 繊維強化熱 硬化性樹脂層の剥離を抑制する為、 以下のものが用いられる。 第 1 のプライマ一層として、 MD I変性ポリイソシァネート類の液状樹脂 を、 それぞれの厚さが 1 0〜 5 0 0 m、 望ましくは 1 0〜 3 0 0 i fflとなるように塗布積層させる。 第 2のプライマ一層として、 ト リ レンジイソシァネート (以下 TD Iと記す) 変性ポリイソシァネー ト類の液状樹脂を、 それぞれの厚さが 1 0〜 5 0 0 m、 望ましく は 1 0〜 3 0 0 mとなるように塗布積層させる。
それぞれのプライマ一層の厚さが 1 0 mより厚ければ、 金属層 またはプライマー層との層間剥離強度は十分であり、 3 0 0 mよ り薄ければ該積層構造物の製造時の作業効率が良く、 コス トを抑え られる。
本発明において、 繊維強化熱硬化性樹脂層の形成用材料の熱硬化 性樹脂としては、 不飽和ポリエステル、 ビニルエステル樹脂、 フエ ノール樹脂、 エポキシ樹脂、 尿素樹脂、 メラミン樹脂、 ジァリルフ 夕レート樹脂、 アルキド樹脂、 シリコーン樹脂及びポリイミ ド樹脂 が挙げられ、 特に不飽和ポリエステルが好適に用いられる。 補強繊 維は、 ガラス繊維、 ポリビニルアルコール繊維、 芳香族ポリアミ ド 繊維、 又はカーボン繊維が挙げられ、 ガラス繊維が好適に用いられ る。 また、 その形状は、 ガラスクロス (GC) 、 チョ ップドス トラン ドマッ ト (M) 、 口一ビングクロス (WR) 、 サーフエ一シングクロ ス (S C) 等が作業性効率を考慮すると、 好適なものとして挙げられ る。 また、 繊維強化熱硬化性樹脂層として、 バルクモールディ ング コンパウンド (BMC) 、 シ一トモ一ルディ ングコンパウンド (SMC) も適用できる。 さらに、 熱硬化性樹脂や補強繊維の他に必要に応じ て硬化剤、 増粘剤、 充填剤、 着色剤等を添加して構成される。
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂層は、 厚さが l〜 3 0 mm、 望まし くは 1. 5〜 1 0 mmとなるように積層する。 厚さが 1 mmより厚ければ 、 機械的強度及び層間剥離強度は十分であり、 基材の熱膨張を抑え ることができる。 また、 3 0 mmより薄ければ熱硬化性樹脂や補強繊 維の材料費は最小限でかつ機械的強度は十分であり、 また、 作業時 間も短くなることによって、 コストが抑えられる。
本発明の繊維強化熱硬化性樹脂層は、 熱硬化する前のバルクモー ルディ ングコンパウンド (BMC) 、 シ一トモ一ルディ ングコンパゥ ンド (SMC) を金属層の上に付着、 巻きつけ、 貼り付ける等の手段 により層状に適用して、 熱を加えて硬化させることにより形成でき る。
本発明において、 特に、 処理層がブラス ト処理層であり、 プライ マー層を形成する場合であって、 ブラス ト処理層とプライマ一層の 間に金属層を介在させ、 そのプライマー層として、 特定の MD I変性 ポリウレタン層、 2層目に TD I変性ポリウレタン層を積層した場合 は、 特に以下のような優れた効果が得られる。
( 1 ) 基材にサンドブラス ト処理した上に金属点在層を積層して、 その上から 1層目に MD I変性ポリウレタン層、 2層目に TD I変性ポリ ウレタン層を積層し、 さらにその上に繊維強化熱硬化性樹脂層を積 層することによって、 常温及び高温での層間剥離強度が従来の積層 構造より大幅に向上する。
( 2 ) 層間剥離強度が向上される為、 温度変化が生じる各種工場の 配管でも、 熱膨張の小さい繊維強化熱硬化性樹脂層によりポリプロ ピレン管の熱膨張が抑えられ、 配管が蛇行することを防止すること ができる。
( 3 ) 本発明の積層構造をフランジ、 バルブ等の配管部材に用いる ことにより、 接続面からのシール性能が増す。 さらに、 機械的強度 が向上すると同時に、 雰囲気中等からの耐薬性能も向上する。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面に示す実施例に基づいて 詳細に説明するが、 本発明が本実施の形態に限定されないことは言 うまでもない。 実施例 1
図 1及び図 2 に基づいて第一の実施の形態を説明する。 1 は繊維 強化熱硬化性樹脂補強管である。 2はポリプロピレン製の管である 。 この実施形態において、 ポリプロピレン管が基材となる。 3はサ ンドブラス ト処理層で、 ポリプロピレン管 2外表面をサンドブラス 卜して形成されている。 4は亜鉛点在層で、 サンドブラス ト処理層 3の表面に亜鉛を溶射させ厚さ約.3 0 の層が形成されている。 5は MD I変性ポリウレタン層で、 MD I変性ポリイソシァネート類を含 む一液型ポリウレタン塗料 (バイオ二ヤシ一ラー # 2 0 1 4、 九州 塗料工業 (株) ) を亜鉛点在層 4表面に塗布して形成されている。 6は TD I変性ポリウレ夕ン層で、 MD I変性ポリウレタン層 5表面に TD I変性ポリイソシァネート類を含む一液型ポリウレタン塗料 (パイ ォニヤシ一ラー # 1 0 0、 九州塗料工業 (株) ) を塗布して形成さ れている。 7は繊維強化熱硬化性樹脂層で、 TD I変性ポリウレタン 層 6表面にガラス繊維に不飽和ポリエステル樹脂を含侵させた層か らなる厚さ約 6龍で形成されている。 尚、 本実施の形態においては 、 ポリウレタン層が二層形成されているが、 一層でも良い。 本実施 の形態の繊維強化熱硬化性樹脂補強管 1 を化学工場の温度変化が生 じる配管で用いることにより、 ポリプロピレン管の熱膨張が抑えら れ、 配管が蛇行することを防止することができる。
実施例 2
次に、 図 3 に基づいて第二の実施の形態を説明する。 1 0は繊維 強化熱硬化性樹脂補強フランジで、 ポリプロピレン製のフランジ ( 基材) 9表面に前記第一の実施の形態と同様に各層が形成されてい る。 8は最外表面を形成する繊維強化熱硬化性樹脂層である。 この 実施形態において、 ポリプロピレン製のフランジ 9が基材となる。 繊維強化熱硬化性樹脂補強フランジ 1 0 を化学工場等で用いた場合 、 配管接続面からのシール性能が増す。 さらに、 機械的強度が向上 すると同時に、 雰囲気中等からの耐薬性能も向上する。
実施例 3
次に、 図 4に基づいて第三の実施の形態を説明する。 1 3は繊維 強化熱硬化性樹脂補強バタフライバルブで、 ポリプロピレン製のバ 夕フライバルブ本体 (基材) 1 2の表面に前記第一の実施の形態と 同様に各層が形成されている。 1 1 は最外表面を形成する繊維強化 熱硬化性樹脂層である。 この実施形態において、 ポリプロピレン製 のバタフライバルブ本体 1 2が基材となる。 繊維強化熱硬化性樹脂 補強バタフライバルブ 1 3 を化学工場等で用いた場合、 接続面から のシール性能が増す。 さらに、 機械的強度が向上しバルブの耐久性 が向上すると同時に、 雰囲気中等からの耐薬性能も向上する。
次に、 本発明における積層構造について、 第一の実施の形態に基 づいて、 繊維強化熱硬化性樹脂補強ポリプロピレン管の層間剥離強 度を J I S K 6850 「剛性被接着材の引張せん断接着強さ試験方法」 に 準じ、 試験片によって、 2 3 °C及び 9 0 °Cでの接着強さで確認した 。 各々の試験片は以下の要領で作製した。 それぞれの接着強さの結 果を表 1 に示す。 また、 温度別での接着強さの比較を図 5に示す。 実施例 1 に対応する試験片 1 の作成
ポリプロピレン管の代わりに縦 400nim、 横 300mm、 肉厚 10mmのポリ プロピレンプレートを用いた以外は第一の実施の形態と同様の方法 で実施例 1 に対応する試験片 1 を得た。
試験片 2の作成
実施例 1 において、 MD I変性ポリイソシァネート類を含む一液型 ポリウレタン塗料の代わりにポリイソシァネート化合物及び塩素化 ポリプロピレン等を含むプライマー (K— 5 0 0、 住友スリ一ェム (株) ) を用いた以外は実施例 1 と同様の方法で試験片 2を得た。 · 比較用試験片 1
ポリプロピレン管 (肉厚約 4 mm) の外表面を加熱処理し、 その上 からポリエチレンテレフ夕レート不織布を接合し、 さらに繊維強化 熱硬化性樹脂層 (肉厚約 5 πιπι) を積層した市販の繊維強化熱硬化性 樹脂補強ポリプロピレン管から切り出して比較用試験片 1 を得た。 比較用試験片 2
ポリプロピレン管 (肉厚約 6. mm) の外表面を加熱軟化し、 その上 から約 1. 5mmマス目のガラスクロスを圧着し、 その上から繊維強化 熱硬化性樹脂層 (肉厚約 3 mm) を積層した市販の繊維強化熱硬化性 樹脂補強ポリプロピレン管から切り出して比較用試験片 2を得た。 表 1
Figure imgf000015_0001
表 1及び図 5より、 本発明の積層構造である本発明による試験片 1及び 2の接着強さ、 すなわち層間剥離強度は、 比較用試験片 1及 び比較用試験片.2より得られた従来の積層構造より大幅に向上され ており、 特に 9 0 °Cにおいて顕著である。
次に、 本発明における積層構造について、 第一の実施の形態に基 づいて繊維強化熱硬化性樹脂補強ポリプロピレン管の 9 0 °Cにおけ る管の伸縮率をポリプロピレン管と共に以下の要領で試験した。 そ れぞれの伸縮率を表 2に示す。
ぐ試験及び測定方法 >
以下の要領で作成した本発明対応試験管と比較用試験管の、 各々 の同一断面上対角な.位置 4点を通る長手方向を測定し、 その平均値 を各々の管の全長とする。 各々予め 1 5 °Cにて全長を測定し、 9 0 °Cに加熱した恒温槽に各々の管を入れ、 6時間後に取り出し、 間髪 入れずに常温時に測定した同じ箇所を測定し、 平均値を取り'、 管の 全長を測定する。 1 5 °C時と 9 0 °C時の管の全長の差 (伸縮量) と 常温時の全長との比を伸縮率として表し、 本発明対応試験管と比較 用試験管との伸縮率の差で、 本発明の熱膨張抑制効果を確認した。 <本発明対応試験管 >
実施例 1 の管を呼ぴ径 1 2 5 MI、 肉厚 1 2 . 8 mm> 長さ約 4 mの ポリプロピレン製の管を基材とし、 MD I変性ポリウレタン層をパイ ォニァシ一ラー # 2 0 1 4 の代わりにパイォニヤシ一ラー # 4 0 3 を用い、 繊維強化熱硬化性樹脂層の厚さを約 6匪のものから厚さ約 2 . 7 mmもので形成させた以外は第一の実施の形態と同様の方法で 本発明に対応する試験管を得た。
<比較用試験管 >
前記本発明に対応する試験管に用いた基材である呼び径 1 2 5龍 、 肉厚 1 2 . 8 mm, 長さ約 4 mのポリプロピレン製の管を比較用試 験管とした。
表 2
Figure imgf000016_0001
表 2より、 本発明の積層構造である本発明対応試験管の伸縮率は 、 比較用試験管に比べ、 伸縮率が 1 / 6 になり、· 熱膨張抑制効果が 顕著にでていることが判る。 よって、 高温流体が流れる配管ライン に本発明の積層構造を用いた管を配管しても、 従来のように管が蛇 行することなく、 初期状態とほぼ同状態で配管が維持できる。 発明の効果 - 本発明は、 上記の如き構成上の特徴を有することにより、 化学ェ 場の輸送配管または、 上下水道、 農 · 水産業、 半導体製造、 温泉施 設、 食品、 自動車部品等の種々の分野に用いられ、 耐薬、 特にアル カリの流体に対して優れ、 層間剥離強度が優れているとともに温度 変化が生じる配管部材、 等において熱膨張を抑えることが可能な積 層構造を提供することができる。

Claims

1 . 基材に繊維強化熱硬化性樹脂層が積層された積層構造におい て、 基材から順に表面処理層、 金属層、 繊維強化熱硬化性樹脂層が 積層されたことを特徴とする積層構造。
2 . 前記基材が非金属からなり、 表面処理が施されたことを特徴 請
とする請求項 1記載の積層構造。
3 . 前記表面処理が、 サンドブラス 卜法による処理であることを 特徴とする請求項 1 または 2記載の積層構造。
4 . 前記金属層が、 表面処理が施された層または金属が点在して いる層であることを特徴とする請求項 1〜囲3のいずれか一項に記載 の積層構造。
5 . 前記積層構造における金属層と繊維強化熱硬化性樹脂層の間 に、 プライマー脣が介在していることを特徴とする請求項 1〜 4の いずれか一項に記載の積層構造。
6 . 前記プライマ一層が、 ポリウレタンからなることを特徴とす る請求項 5記載の積層構造。
7 . 前記プライマー層が、 少なく ともイソシァネート系ポリウレ タンを含むことを特徴とする請求項 5または 6記載の積層構造。
8 . 前記プライマー層が、 変性の異なる少なく とも 2層のポリゥ レタンからなることを特徴とする請求項 5〜 7のいずれか一項に記 載の積層構造。
9 . 前記基材が、 樹脂からなることを特徴とする請求項 1〜 8の いずれか一項に記載の積層構造。
1 0 . 樹脂が、 ォレフィ ン系樹脂であることを特徴とする請求項 9に記載の積層構造。
1 1 . 前記積層構造が配管部材に用いられることを特徴とする請 求項 1〜 1 0のいずれか一項に記載の積層構造。
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