(57)【要約】【課題】放射線等の外的因子による劣化が抑制される高密度ポリエチレン管を提供する。【解決手段】高密度ポリエチレン管１は、密度が０．９４０ｇ／ｃｍ３以上０．９８０ｇ／ｃｍ３以下の高密度ポリエチレンを主成分とする本体部１０と、本体部１０の外表面を覆い、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂を含んでなるバリア材２０と、を備える。高密度ポリエチレン管１は、例えば、放射性物質を含む流体の輸送、高放射線量下での流体の輸送に用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が０．９４０ｇ／ｃｍ３以上０．９８０ｇ／ｃｍ３以下の高密度ポリエチレンを主成分とする本体部と、前記本体部の外表面を覆い、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂を含んでなるバリア材と、を備える高密度ポリエチレン管。
【請求項２】
前記本体部が、ナフテン及びアロマティックスのうち、少なくとも一方を含んでなる請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項３】
前記本体部が、原油を精製した際に生じるオイルのうちｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＮが２０以上６０以下のナフテンを含有するオイル、及び、原油を精製した際に生じるオイルのうちｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＡが５以上４０以下のアロマティックスを含有するオイルのうち、少なくとも一方を含んでなる請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項４】
前記エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の厚さが、１μｍ以上５０μｍ以下である請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項５】
前記バリア材が、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂からなる中間層と、前記中間層の両面に積層された保護層と、を備える多層構造体であり、前記保護層は、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリアミド、及び、ポリエステルのうちの一種以上からなる請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項６】
前記多層構造体の厚さが、２０μｍ以上２００μｍ以下である請求項５に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項７】
前記本体部が、前記外表面を成す外層と、前記外層よりも内側に位置する１以上の内層とからなり、前記外層が、紫外線遮蔽材を含有する請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項８】
前記紫外線遮蔽材が、カーボンブラックである請求項７に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項９】
前記カーボンブラックは、前記外層当たりの含有量が、１．０質量％以上３．０質量％以下である請求項８に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項１０】
前記本体部と前記バリア材とが、互いに接している請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項１１】
前記本体部と前記バリア材とが、互いに離間している請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項１２】
前記本体部と前記バリア材との間、及び、前記バリア材の外側のうち、少なくとも一方に、緩衝材又は断熱材を備える請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項１３】
原子力関連施設における流体の輸送に用いられる原子力設備用配管である請求項１に記載の高密度ポリエチレン管。
【請求項１４】
放射性物質を含む流体の輸送、又は、高放射線量下での流体の輸送に用いられる請求項１３に記載の高密度ポリエチレン管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力設備用等の用途に用いられる高密度ポリエチレン管に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力関連施設に敷設される原子力設備用配管は、放射性物質を含む流体の輸送や、高放射線量下での流体の輸送を、長期間にわたって安全に実施できる性能が求められる。従来、原子力設備用配管としては、鋼管が使用されてきた。しかし、空間的制約や時間的制約が想定される原子力関連施設では、施工のために必要とされる工数や機材の多さから、鋼管が最適とはいえなくなっている。このような状況下、移動や加工が容易であり、管同士や継手の接合も容易な樹脂製配管への代替が進められている。
【０００３】
樹脂製配管としては、水道用の長距離配管としても利用されている高密度ポリエチレン管の使用が検討されている。しかし、高密度ポリエチレン管は、鋼管と比較して耐放射線性が劣っている。高密度ポリエチレンに放射線が照射されると、ラジカル反応が進行して本来の機械的特性が損なわれ、脆性破壊を生じ易くなる欠点がある。高密度ポリエチレン管で輸送する流体が、放射性物質を含む場合や放射化する可能性がある場合には、漏洩事象を発生させないことが重要であるため、放射線等の外的因子による劣化を防止する対策が必要になっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、高密度ポリエチレン配管の耐放射線性を向上させる技術として、高密度ポリエチレンに、ヒドロ芳香族型劣化防止剤又はプロピルフルオランテンを１〜７質量部となるように添加する技術が記載されている。ヒドロ芳香族型劣化防止剤としては、流動パラフィン、ゴム配合油、潤滑油等のような石油系高芳香族重質油を部分核水素化したプロセスオイルが用いられている。
【０００５】
また、特許文献２には、高密度ポリエチレン配管と、その外表面に熱融着可能な継手や、これらを備える流体輸送装置が記載されている。高密度ポリエチレン配管は、破壊の起点となり易い結晶構造を繋ぐタイ分子の間が、架橋構造で強化されている。また、高密度ポリエチレン配管の外表面には、熱融着可能な非架橋のポリエチレン層が形成されている。非架橋のポリエチレンは、高密度ポリエチレンと比較して耐放射線性が高く、配管の保護にも寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−０２０６２８号公報
【特許文献２】特開２０１７−１０１６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のように、高密度ポリエチレンに対してヒドロ芳香族型劣化防止剤やプロピルフルオランテンを添加したり、特許文献２のように、タイ分子の間を架橋構造で強化したりすると、高密度ポリエチレン管の耐放射線性を向上させることができる。しかし、これらの高密度ポリエチレン管も、高放射線量下における劣化が十分に抑制されているとはいえず、原子力設備用配管として４０年以上の耐久寿命を備える鋼管と比較すると、依然として耐久性が不足している。
【０００８】
特に、高密度ポリエチレンは、配管として備えるべき耐圧強度や硬度を有する一方、延性に乏しく、高放射線量下で使用を続けた場合に、容易に脆性破壊する、という本質的な欠点を有している。高密度ポリエチレンを劣化させるラジカル反応は、放射線によって容易に開始されるが、酸素、紫外線、熱等の他の外的因子によっても促進され、亀裂、割れ等の応力破壊の感受性を増大させる。原子力設備用配管等として用いられる高密度ポリエチレン管は、流体からは静水圧、地中では土圧を受けるし、敷設中に他の外力が加わることも少なくないため、漏洩事象の発生に直結する環境応力破壊やクリープ破壊を阻止する必要があり、放射線等の外的因子による劣化をより高度に抑制する措置が必要とされている。
【０００９】
そこで、本発明は、放射線等の外的因子による劣化が抑制される高密度ポリエチレン管を提供することを目的とする。
【００１０】
前記課題を解決するために本発明に係る高密度ポリエチレン管は、密度が０．９４０ｇ／ｃｍ３以上０．９８０ｇ／ｃｍ３以下の高密度ポリエチレンを主成分とする本体部と、前記本体部の外表面を覆い、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂を含んでなるバリア材と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、放射線等の外的因子による劣化が抑制される高密度ポリエチレン管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る高密度ポリエチレン管の一例を模式的に示す斜視断面図。
【図２】本発明に係る高密度ポリエチレン管の他の例を模式的に示す横断面図。
【図３】本発明に係る高密度ポリエチレン管の他の例を模式的に示す横断面図。
【図４】本発明に係る高密度ポリエチレン管の他の例を模式的に示す斜視断面図。
【図５】添加剤として用いたオイルの％ＣＮと破断時の伸びとの関係を示す図。
【図６】添加剤として用いたオイルの％ＣＡと破断時の伸びとの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る高密度ポリエチレン管について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係る高密度ポリエチレン管の一例を模式的に示す斜視断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る高密度ポリエチレン管１は、高密度ポリエチレンを主成分とする配管本体（本体部）１０と、配管本体（本体部）１０の外表面を覆い、主として酸素の透過を阻止するバリア材２０と、を備えている。このポリエチレン管１は、主に機器や設備間で流体の輸送を行う流体輸送用の配管として用いられる。
【００１５】
配管本体１０は、密度が０．９４０ｇ／ｃｍ３以上０．９８０ｇ／ｃｍ３以下の高密度ポリエチレン（High Density Polyethylene：ＨＤＰＥ）を主成分とする。高密度ポリエチレンは、高い引張強さや耐衝撃性を有する一方、脆性が低いため、高密度ポリエチレンで形成される配管本体１０によって、機械的強度や耐久性に優れた高密度ポリエチレン管１が得られる。高密度ポリエチレンは、密度等の物性が損なわれない限り、単量体として、エチレンの他、１−ブテン、１−ヘキセン等を含むことができる。高密度ポリエチレンの密度は、好ましくは０．９４５ｇ／ｃｍ３以上０．９７０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは０．９４５ｇ／ｃｍ３以上０．９６５ｇ／ｃｍ３以下である。
【００１６】
配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンは、チーグラー触媒、メタロセン触媒、フィリップス触媒等のいずれの触媒で重合したものでもよい。また、配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンは、その他の樹脂とブレンドされた混合材や、ポリエチレン製品を原料として再利用した再生材であってもよい。配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンは、質量基準で５０％未満の範囲であれば、ポリプロピレン等の他の樹脂を含んでいてもよい。
【００１７】
高密度ポリエチレンとしては、ＩＳＯ１１３３に準拠して求められる溶解指数（Melt flow rate：ＭＦＲ）が、試験温度１９０℃、試験荷重５．０ｋｇｆ（４９．０３Ｎ）において、０．１ｇ／１０分以上３．０ｇ／１０分以下の樹脂が好ましく、０．２ｇ／１０分以上０．５ｇ／１０分以下の樹脂がより好ましい。但し、配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンは、このような物性を示す樹脂に制限されるものではない。
【００１８】
配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンは、酸化防止剤、耐熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、ブリードアウト防止剤等の一般的な添加剤を含んでいてもよいし、一般的な添加剤を添加することなく形成されていてもよい。また、図１において配管本体１０の形状は、円筒状とされているが、配管本体１０の楕円度や断面の形状、長手方向の形状、内外径や肉厚等の寸法は、特に制限されるものではない。配管本体１０は、輸送する流体に接する内面に、流体中の砂利、石等の固形物による損傷を防止する保護層や、その他の機能を有するライニング層等を備えていてもよい。
【００１９】
バリア材２０は、樹脂を主体として形成されており、少なくともエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ethylene-vinylalcohol copolymer：ＥＶＯＨ）を含んでなる。バリア材は、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂からなる単層で構成されてもよいが、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂からなる層を含む複数層で構成されてもよい。
【００２０】
一般に、高密度ポリエチレンの酸素透過係数は、０．４×１０−１０ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）程度であり、低密度ポリエチレンの酸素透過係数は、６．９×１０−１０ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）程度である。これに対し、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂は、酸素透過係数が、約０．０００１×１０−１０ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）と小さく、酸素の透過を高密度ポリエチレンに対して１／４０００、低密度ポリエチレンに対して１／６７０００に抑制し得る。そのため、バリア材２０を備えることによって、環境中の酸素による配管本体１０の酸化劣化が抑制されて、高放射線量下や屋外等においても環境応力破壊やクリープ破壊が低減される。
【００２１】
エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の平均重合度、エチレンの含有率、及び、けん化度は、特に制限されるものではない。例えば、平均重合度は、５００以上３０００以下とすることができる。また、エチレンの含有率は、例えば、２０％以上８０％以下とすることができる。エチレンの含有量は、柔軟性や耐水性を向上させる観点からは、２５％以上とすることが好ましい。また、けん化度は、例えば、８５％以上９９％以下とすることができる。けん化度は、ガスバリア性を確保する観点からは、９０％以上とすることが好ましく、９５％以上とすることがより好ましい。
【００２２】
エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の厚さが１μｍ以上であれば、配管本体１０の酸化劣化が有意に抑制されるし、ピンホールが形成され難くなるため、ガスバリア性が健全に保たれ易くなる。また、厚さが５０μｍ以下であれば、ガスバリア性を保持しつつ、バリア材２０の柔軟性を高くすることができるため、高密度ポリエチレン管１を施工、移動等する際にバリア材２０が破損し難くなる。エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の厚さは、より好ましくは３μｍ以上３０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下である。
【００２３】
エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂は、他の樹脂とブレンドされた混合材であってもよい。ブレンドする他の樹脂としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル等が挙げられる。また、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂は、エポキシ化合物等で変性された樹脂であってもよいし、エチレンや酢酸ビニル以外の他の単量体を含む共重合体であってもよい。
【００２４】
ここで、高密度ポリエチレン製の配管本体と、酸素の透過を阻止するバリア材と、を備える高密度ポリエチレン管の作用効果について説明する。
【００２５】
ポリエチレン製の配管は、鋼管に比べて軽量であり、移動や加工が容易であることから、水道用の長距離配管等として広く用いられている。しかしながら、ポリエチレンは、鋼管とは異なり、主として炭素と水素で構成される有機高分子である。ポリエチレンは、放射線、紫外線、熱等の外的因子によって劣化が進行し、弾性、耐応力環境亀裂性、耐衝撃性等が低下するため、脆性破壊し易いという欠点を有している。
【００２６】
有機高分子は、放射線、紫外線、熱等で分子が励起され、結合が切断して分解することが知られている。例えば、ポリエチレンに放射線等が作用すると、水素ラジカル（Ｈ・）や炭化水素ラジカル（Ｒ・）が生成する。ラジカルは、反応性が高く、ラジカル同士が結合したり（再結合）、ラジカルが元素を引き抜いて別のラジカルを生成させたり（引き抜き反応）、ラジカルが二重結合に付加したり（付加反応）、ラジカル同士が結合すると同時に分子鎖が切断されたりする（不均化反応）。
【００２７】
再結合や付加反応は、架橋と呼ばれる分子量の増大をもたらし、不均化反応は、崩壊と呼ばれる分子量の減少をもたらす。ポリエチレン製の配管において、分子鎖の架橋や崩壊が進行すると、衝撃や屈曲に対する抵抗性が低くなり、管体が脆くなる。管体の脆化が進むと、内圧、外圧、衝撃、荷重等が加わった場合に、亀裂、割れ等の応力破壊やクリープ破壊を生じ易くなるため、管壁に亀裂、脆性割れを生じたり、管体が破裂したりする。このような破壊現象の発生の可能性は、高放射線量の環境ほど、また、酸素や紫外線が多い環境ほど顕著である。
【００２８】
特に、酸素が存在する大気中では、反応式（１）のように、炭化水素ラジカル（Ｒ・）と酸素（Ｏ２）とが容易に反応して、過酸化ラジカル（ＲＯＯ・）が生成する。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
過酸化ラジカル（ＲＯＯ・）は、反応性に富み、反応式（２）のように、他の分子（ＲＨ）から水素（Ｈ）を引き抜いて、過酸化物（ＲＯＯＨ）と新たな炭化水素ラジカル（Ｒ・）を生じる。
【００３１】
【化２】
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【００３２】
そして、新たに生成した炭化水素ラジカル（Ｒ・）は、反応式（１）にしたがって、別の過酸化ラジカル（ＲＯＯ・）を生成し、過酸化ラジカル（ＲＯＯ・）は、反応式（２）にしたがって、別の過酸化物（ＲＯＯＨ）を生成する。過酸化物（ＲＯＯＨ）も、不安定であるため、反応式（３）〜（５）のように、新たなオキシラジカル（ＲＯ・）、過酸化ラジカル（ＲＯＯ・）等を生成する。
【００３３】
【化３】
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【００３４】
【化４】
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【００３５】
【化５】
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【００３６】
酸素が存在する大気中では、このような酸化の伝播反応（連鎖反応）によって、最初に発生した炭化水素ラジカル（Ｒ・）が新たなラジカルを多数増殖させて、分子鎖の架橋や崩壊を進行させる。高密度ポリエチレンにおいては、結晶領域の分子鎖は比較的反応し難い一方、非晶領域にあるタイ分子は切断され易い。タイ分子の切断が進むと、特定の部位に応力が集中し易くなり、長期静水圧強度、耐応力環境亀裂性、耐衝撃性等が低下し易くなると考えられている。
【００３７】
また、酸素が存在する大気中では、放射線や紫外線の存在によって、オゾンが生成されることがある。オゾンは、二重結合に対する反応性が高いため、ポリエチレンとの反応によってオゾナイドが生成される。オゾナイドは不安定であるため、Ｏ−Ｏ結合が切断してアルデヒド、ケトン、エステル、ラクトン、過酸化物等が生成される。このような反応で起こる分子構造の分解は、ポリエチレン製の配管に微小のクラック（オゾンクラック）を形成することが知られている。特に、１ＭＰａ程度以上の静水圧、土圧等がかかる場合、分子鎖が伸長した状態となり易いため、オゾンの浸透率が高まると共に、特定の部位に応力が集中し易くなり、オゾンクラックが起点となって、破壊現象が進む可能性が高くなる。
【００３８】
ポリエチレン製の配管において、連鎖的に進む酸化の伝搬反応（連鎖反応）を抑止するには、酸素の供給を遮断することが最も効果的である。そこで、本実施形態では、配管本体の外側に、酸素の接触を抑制するバリア材を設けることにより、高密度ポリエチレンの劣化を抑制し、環境応力破壊やクリープ破壊等に対する耐性が高い高密度ポリエチレン管を実現する。
【００３９】
図２は、本発明に係る高密度ポリエチレン管の他の例を模式的に示す横断面図である。
図２に示すように、高密度ポリエチレン管１に備えるバリア材２０は、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂からなる中間層２１と、中間層２１の両面に積層された保護層（２２，２３）と、を備える多層構造体としてもよい。なお、図２において、保護層（２２，２３）としては、中間層２１の内側に配置された内保護層２２と、中間層２１の外側に配置された外保護層２３と、が備えられているが、積層される保護層の数は、特に制限されるものではない。
【００４０】
保護層（２２，２３）は、強度、耐傷性、耐熱性、耐寒性、耐水性、耐湿性、耐候性、耐油性、耐薬品性等を有する適宜の樹脂で形成することができるが、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂と共押出が可能な樹脂で形成することが好ましい。中間層２１の内外の保護層（２２，２３）は、それぞれ、同一の樹脂で形成してもよいし、互いに異なる樹脂で形成してもよい。
【００４１】
保護層（２２，２３）は、特に、低密度ポリエチレン（Low Density Polyethylene：ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（Linear Low Density Polyethylene：ＬＬＤＰＥ）、ポリアミド（polyamide：ＰＡ）、及び、ポリエステル（polyester：ＰＥｓ）のうちの一種以上で形成することが好ましい。
【００４２】
保護層（２２，２３）を低密度ポリエチレンで形成すると、良好な溶着性や密着性が得られ、柔軟性、耐衝撃性、耐寒性、耐湿性等が高い多層構造体を高精度で成形することができる。また、高密度ポリエチレン管１に加わる衝撃等を緩和して、配管本体１０の損傷や、バリア材２０の剥離、脱落等を低減することができる。なお、低密度ポリエチレンとは、密度が０．９１０ｇ／ｃｍ３以上０．９３０ｇ／ｃｍ３以下のポリエチレンを意味する。低密度ポリエチレンは、単量体として、エチレンの他、１−ブテン、１−ヘキセン等を含むことができる。
【００４３】
また、保護層（２２，２３）を直鎖状低密度ポリエチレンで形成すると、低密度ポリエチレンよりも高い引張破壊強さ、密着性、耐寒性等が得られる。なお、直鎖状低密度ポリエチレンとは、密度が０．９１０ｇ／ｃｍ３以上０．９２５ｇ／ｃｍ３以下であり、分枝を有する単量体の含有率が数％であるポリエチレンを意味する。直鎖状低密度ポリエチレンは、単量体として、エチレンの他、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン等を含むことができる。直鎖状低密度ポリエチレンは、チーグラー触媒、フィリップス触媒等のいずれの触媒で重合したものでもよい。
【００４４】
また、保護層（２２，２３）をポリアミドで形成すると、ガスバリア性がより向上すると共に、多層構造体がより強靭化し、良好な柔軟性、耐傷性、透明性等も得られる。ポリアミドとしては、例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、メタキシリレンジアミン（m-Xylylenediamine：ＭＸＤ）ナイロン等が挙げられる。
【００４５】
また、保護層（２２，２３）をポリエステルで形成すると、高温における寸法安定性が向上すると共に、多層構造体の剛性が高くなり、耐久性、耐水性、耐薬品性等も得られる。また、原料として再生品を利用できるため、多層構造体を安価に得ることができる。ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。
【００４６】
バリア材２０を構成する多層構造体の具体例としては、ＬＤＰＥ／ＥＶＯＨ／ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ／ＥＶＯＨ／ＬＬＤＰＥ、ＬＤＰＥ／ＰＡ／ＥＶＯＨ／ＰＡ／ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ／ＰＡ／ＥＶＯＨ／ＰＡ／ＬＬＤＰＥ、ＰＥｓ／ＰＡ／ＥＶＯＨ／ＰＡ／ＰＥｓ、ＰＥｓ／ＥＶＯＨ／ＰＡ／ＰＥｓ等が挙げられるが、多層構造体の構造は、これらに限定されるものではない。なお、中間層２１と保護層（２２，２３）との間には、必要に応じて、接着層等の他の層が設けられてもよい。
【００４７】
バリア材２０を構成する多層構造体の厚さは、２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。多層構造体の厚さが２０μｍ以上であれば、中間層２１の厚さを確保した状態で、十分な厚さの保護層（２２，２３）を設けることができる。バリア材２０の耐久性が高くなるため、高密度ポリエチレン管１を施工、移動等する際や、屋外等の過酷環境に敷設した場合にも、バリア材２０のガスバリア性をより健全に維持することができる。また、厚さが２００μｍ以下であれば、バリア材２０の可撓性が保たれるため、バリア材２０のハンドリング、装着等が妨げられ難く、バリア材２０の破損、貼合不良や接合不良等が低減される。多層構造体の厚さは、より好ましくは２５μｍ以上１６０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以上１２０μｍ以下である。
【００４８】
高密度ポリエチレン管１において、配管本体１０は、ナフテン及びアロマティックスのうち、少なくとも一方を含んでなることが好ましい。配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンに、ナフテンやアロマティックスを配合すると、次のとおり、クレイズ破壊の発生が抑制される。そのため、配管本体１０において、応力亀裂が発生し難くなると共に、衝撃、荷重等が加わっても応力割れが進展し難くなり、配管本体１０の管壁の破断、破裂等が低減される。
【００４９】
なお、ナフテンとは、一般式：ＣｎＨ２ｎで表される環状炭化水素を意味する。また、アロマティックスとは、一般式：ＣｎＨ２ｎ−６で表される芳香族炭化水素、すなわち、共役二重結合を有する不飽和で環状の炭化水素を意味する。高密度ポリエチレンに添加されるナフテン及びアロマティックスは、それぞれ、一種の化合物であってもよいし、複数種の化合物からなる混合物であってもよい。但し、ナフテンやアロマティックスの単体や混合物は、室温において、液体のオイルであることが特に好ましい。
【００５０】
高密度ポリエチレンは、種々の外的因子によって亀裂や割れを生じたとき、その破面に白化が現れることが知られている。白化した箇所には、ボイドやフィブリルが存在している。破面に現れる白化は、ボイドとフィブリルで構成された損傷形態であるクレイズが発生することを示している。
【００５１】
一般に、有機高分子のクレイズ破壊は、次の（Ａ）〜（Ｄ）の順に進行することが知られている。
（Ａ）引張降伏直後に発生するひずみの局所化領域の伝播
（Ｂ）クレイズ破壊領域の伝播
（Ｃ）クレイズ破壊の集中部で分子鎖切断やクラックが発生
（Ｄ）ポリマ破断
【００５２】
また、高密度ポリエチレンのような結晶性高分子の結晶レベルでは、次に挙げる挙動で破壊が進むことが知られている。
（ａ）分子レベルの結晶の破壊（分子鎖剥離）
（ｂ）結晶のブロック状破壊（分子鎖剥離）
（ｃ）結晶内での分子のすべり回転（変化小）
これらのうち、（ａ）及び（ｂ）では、結晶領域が破壊され、非晶領域が増加する。また、分子鎖が結晶領域から剥離し、ボイドやフィブリルが形成されてクレイズを生じ、応力等でクレイズ破壊が進行する。しかし、（ｃ）では、結晶領域のダメージは少なく、非晶領域は殆ど増加しない。そのため、クレイズも発生し難く、白化現象も現れ難い。
【００５３】
高密度ポリエチレンの脆性破壊を抑制するには、このような機構で起こるクレイズ破壊を抑止することが効果的である。ナフテンやアロマティックスは、ポリエチレンとＳＰ値が近く、相溶性が良好である。そのため、高密度ポリエチレンに対して、ナフテンやアロマティックスを添加すると、ナフテンやアロマティックスが結晶内の分子の細部にまで浸透し、分子鎖のすべり性が大きく向上する。その結果、高密度ポリエチレン管に外力が加わっても、（ｃ）結晶内での分子のすべり回転が発生し易くなる。一方、（ａ）分子レベルの結晶の破壊や、（ｂ）結晶のブロック状破壊については、発生し難くなる。そのため、分子鎖の剥離を低減させて、クレイズの発生を抑制することができる。
【００５４】
よって、配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンに、ナフテンやアロマティックスを配合すると、クレイズ破壊の進行を抑えて、高密度ポリエチレン管１の環境応力破壊やクリープ破壊等を抑制することができる。また、ナフテンやアロマティックスは、高密度ポリエチレンを適度に軟化させる他、粘度指数が低いため、低温においても常温に近い流動性を示す。そのため、高密度ポリエチレン管１が低温に晒された場合にも、ポリエチレンと相溶して結晶内の細部にまで浸透し、結晶内での分子のすべり回転を十分に発生させることができる。よって、低温を含む広い温度域で高密度ポリエチレン管１の脆化が抑制されるし、低温を含む広い温度域で耐衝撃性が向上する効果も得られる。
【００５５】
ナフテンは、例えば、ナフテン系原油を精製して得ることができる。また、アロマティックスは、例えば、パラフィン系原油やナフテン系原油を精製して得ることができる。ナフテンやアロマティックスは、原油を精製して得られる各種のベースオイル、精製過程で生じる高比重・高粘度の残油、これらをブレンドしたオイル等のいずれの形態で用いることもできる。
【００５６】
配管本体１０は、特に、原油を精製した際に生じるオイルのうち、ＡＳＴＭ  Ｄ  ３２３８−８５に準拠したｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＮが２０以上６０以下のナフテンを含有するオイル、及び、原油を精製した際に生じるオイルのうち、ＡＳＴＭ  Ｄ  ３２３８−８５に準拠したｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＡが５以上４０以下のアロマティックスを含有するオイルのうち、少なくとも一方を含んでなることが好ましい。これらのオイルの好ましい形態は、原油を精製した際に生じる高粘度で高比重分のオイルである。
【００５７】
ｎ−ｄ−Ｍ法は、ＡＳＴＭ  Ｄ  ３２３８−８５に準拠した油（オイル）の構造基分析の一方法（環分析法）であり、ベースオイルの組成分析に一般的に利用されている。ｎ−ｄ−Ｍ法によれば、２０℃におけるオイルの密度ｄ２０、２０℃におけるオイルの屈折率ｎＤ２０、及び、オイルの平均分子量のデータに基づいて、全炭素量に対するパラフィン炭素の質量割合（％ＣＰ）、全炭素量に対するナフテン炭素の質量割合（％ＣＮ）、全炭素量に対する芳香族炭素の質量割合（％ＣＡ）、一分子当たりのナフテン環の平均環数（ＲＮ）、及び、一分子当たりの芳香族環の平均環数（ＲＡ）が求められる。
【００５８】
配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンに、原油を精製した際に生じるオイルのうちｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＮが２０以上６０以下のオイルを添加すると、クレイズ破壊の抑制や脆化の抑制について極めて高い効果が得られる。このようなオイルを配合すると、％ＣＮが１０程度以下のオイルや、％ＣＮが７０程度以上のオイルの場合と比較して、配管本体１０の引張破断伸びが顕著に高くなり、配管本体１０に応力亀裂がより発生し難くなるし、応力割れが進展し難くなる。なお、％ＣＮが２０以上６０以下のオイルは、例えば、ナフテン系原油を精製して得ることができる。
【００５９】
また、配管本体１０を構成する高密度ポリエチレンに、原油を精製した際に生じるオイルのうちｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＡが５以上４０以下のオイルを添加すると、クレイズ破壊の抑制や脆化の抑制について極めて高い効果が得られる。このようなオイルを配合すると、％ＣＡが５未満のオイルや、％ＣＡが５０程度以上のオイルの場合と比較して、配管本体１０の引張破断伸びが顕著に高くなり、配管本体１０に応力亀裂がより発生し難くなるし、応力割れが進展し難くなる。また、このようなオイルは、硫黄分や酸価が高いため、硫黄や、アルデヒド、カルボン酸等がラジカル反応に関与し易く、オイル自体が犠牲的に劣化することで、高密度ポリエチレンの劣化を抑制する効果が得られる。なお、％ＣＡが５以上４０以下のオイルは、例えば、パラフィン系原油やナフテン系原油を精製して得ることができる。
【００６０】
ナフテンの添加量及びアロマティックスの添加量は、高密度ポリエチレン１００質量％に対して、０．０５質量％以上１０質量％以下とすることが好ましく、１質量％以上７質量％以下とすることがより好ましい。添加量が７質量％を超えると、ブリードアウトが発生するため、適用範囲が限定される虞がある。一方、添加量がこのような範囲であれば、ブリードアウトが発生する可能性が低く、添加による効果も十分に得ることができる。高密度ポリエチレン中に含まれるナフテンやアロマティックスの含有量は、例えば、赤外分光分析によって測定することができる。
【００６１】
図３は、本発明に係る高密度ポリエチレン管の他の例を模式的に示す横断面図である。
図３に示すように、高密度ポリエチレン管１に備える配管本体１０は、配管本体１０の内側に位置する内層１１と、配管本体１０の外表面を成す外層１２と、からなる多層構造としてもよい。
【００６２】
配管本体１０に添加剤として配合するナフテンやアロマティックスは、内層１１、外層１２、及び、内層１１と外層１２の両方のうち、いずれの層に配合してもよい。但し、高密度ポリエチレン管１で放射性物質を含む流体の輸送を行う場合、少なくとも内層１１に配合することが好ましい。流体による静水圧がかかる内側は、高密度ポリエチレンの劣化を促進する酸素、熱等の外的因子を阻止することが難しい領域である。しかし、ナフテンやアロマティックスを内層１１に配合すると、流体側から照射される放射線でクレイズが発生し難くなるため、環境応力破壊やクリープ破壊を効果的に防止することができる。
【００６３】
配管本体１０を多層構造とする場合、外層１２は、紫外線遮蔽材を含有する組成としてもよい。一方、内層１１は、紫外線遮蔽材を含有しない組成とすることが好ましい。外層１２に紫外線遮蔽材を配合すると、中間層２０の紫外線透過性が高い場合にも、環境中の紫外線で配管本体１０の大部分が劣化するのを避けることができる。また、外層１２であれば、配合されている紫外線遮蔽材は、配管本体１０を流れる流体に溶出し難いため、移送される流体の汚染を避けることができる。
【００６４】
紫外線遮蔽材としては、例えば、カーボン、カドミレッド、イソインドリノンイエロー、ぺリレンレッド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、キナクリドンレッド、ポリアゾレッド、弁柄、酸化チタン、炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、黄鉛、縮合アゾブラウン、縮合アゾレッド、ベンズイミダゾロンブラウン等の顔料を用いることができる。また、高密度ポリエチレンの物性が損なわれない限り、その他の一般的なフィラ、紫外線吸収剤等を用いることもできる。
【００６５】
紫外線遮蔽材としては、特に、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等を用いることができる。カーボンブラックは、外層１２当たりの含有量が、１．０質量％以上３．０質量％であることが好ましく、１．５質量％以上２．５質量％以下であることがより好ましい。
【００６６】
高密度ポリエチレンにカーボンブラック等の顔料を配合すると、放射線、紫外線、熱等の外的因子によって結晶領域を繋ぐタイ分子の切断が進行し、それに伴って顔料が凝集することで凝集塊を生じることがある。このようにして生じる数十μｍ以上の凝集塊が破壊の起点となり得ることが分かっている。一方、高密度ポリエチレンにカーボンブラック等の顔料を配合しないと、高密度ポリエチレン管１を屋外に敷設した場合に、紫外線による劣化が顕著になり、配管の使用に耐えない耐久寿命に早期に到達してしまうことが分かっている。よって、外層１２のみにカーボンブラック等の顔料を配合することによって、配管本体１０の内外の環境応力破壊をバランス良く抑制することができる。
【００６７】
図４は、本発明に係る高密度ポリエチレン管の他の例を模式的に示す斜視断面図である。
配管本体１０とバリア材２０とは、図１に示したように、互いに接していてもよいし、図４に示すように、互いに離間していてもよい。なお、図４に示す構造の高密度ポリエチレン管２は、前記の高密度ポリエチレン管１と同様にして構成される層を備えることができる。
【００６８】
配管本体１０とバリア材２０とを互いに接した状態に配置する場合、配管本体１０とバリア材２０とを面接合させてもよい。接合の方法としては、加熱により溶着させる方法、接着剤、粘着材等で接着させる方法等を用いることができる。例えば、配管本体１０とバリア材２０との溶着は、直接加熱溶着、熱風加熱溶着、高周波加熱溶着、超音波溶着等の各種の方法で行うことができる。
【００６９】
配管本体１０とバリア材２０とを互いに離間した状態に配置する場合、例えば、配管本体１０とバリア材２０とを二重管構造となるように固定具に支持させる方法、配管本体１０の外側に他の部材を挟み、その外側にバリア材２０を巻回する方法等を用いることができる。
【００７０】
図４に示すように、配管本体１０とバリア材２０とを互いに離間した状態に配置する場合、配管本体１０とバリア材２０との間の空間３０は、常圧の閉鎖空間としてもよいし、真空引きしてもよい。また、配管本体１０によって移送される流体の漏洩を検出するために、管体等に空間３０への漏洩を検知する漏洩検知器を備えてもよい。漏洩検知器としては、例えば、電気抵抗式センサ、圧力式センサ、光学式センサ等の各種のセンサを用いることができる。
【００７１】
高密度ポリエチレン管１，２は、配管本体１０とバリア材２０との間、及び、バリア材２０の外側のうち、少なくとも一方に、衝撃を緩和する緩衝材又は断熱材を備えてもよい。緩衝材と断熱材は、同じ箇所に積層して備えてもよい。
【００７２】
緩衝材を介装すると、高密度ポリエチレン管１，２に加わる衝撃、荷重等で、配管本体１０に応力破壊やクリープ破壊等が生じたり、配管本体１０やバリア材２０が損傷を受けたりするのを抑制することができる。また、断熱材を介装すると、配管本体１０を流れる流体や外部環境からの熱で高密度ポリエチレンの酸化劣化が促進されるのを防止することができるため、配管本体１０の環境応力破壊やクリープ破壊等を抑制することができる。
【００７３】
緩衝材としては、特に制限されるものではないが、例えば、低密度ポリエチレン、密度が０．９４０ｇ／ｃｍ３未満の中密度ポリエチレン（Medium Density Polyethylene：ＭＤＰＥ）、その他のポリオレフィン、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂等や、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム等のエラストマや、発泡樹脂や、繊維等の成形体を用いることができる。また、断熱材としては、特に制限されるものではないが、例えば、ウレタンフォーム、スチレンフォーム等の発泡断熱材や、真空断熱材等を用いることができる。
【００７４】
高密度ポリエチレン管１，２を構成する配管本体１０は、高密度ポリエチレンのペレット等と、必要に応じて添加される添加剤とを混合し、高密度ポリエチレン等を溶融及び混練し、混練した樹脂組成物を押出成形することにより得ることができる。混練温度は、例えば、１２０〜２５０℃とすることができる。混練した樹脂組成物は、押出機で筒状に押し出し、引取機で引き取りながら、必要に応じてサイジングを行った後、冷却水槽等で冷却して形状を固定することができる。
【００７５】
混練機としては、例えば、バンバリーミキサ等の回分式混練機、二軸混練機、ロータ型二軸混練機、ブスコニーダ等の各種の混練機を用いることができる。押出機としては、例えば、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機等を用いることができる。押出機のダイスは、ストレートヘッドダイス、クロスヘッドダイス、オフセットダイス等のいずれのタイプであってもよい。また、サイジングは、サイジングプレート法、アウトサイドマンドレル法、サイジングボックス法、インサイドマンドレル法等のいずれの方法で行うこともできる。
【００７６】
配管本体１０に配合するナフテン、アロマティックス、紫外線遮蔽材等の添加剤は、高密度ポリエチレン用の樹脂に対して必要量を直接混合してもよいし、予め高密度ポリエチレン用の樹脂と混練して適宜の形状に成形しておき、マスターバッチとして用意してもよい。
【００７７】
例えば、ナフテンやアロマティックスを配合する場合、高密度ポリエチレン用の樹脂と、所定濃度となるナフテンやアロマティックスとを、押出機によって、所定比で混合して溶融、混練し、混練した樹脂組成物を棒状に押し出す。その後、冷却してから適当な間隔で裁断することで、ナフテンやアロマティックスが配合された高密度ポリエチレンのペレットを得ることができる。このようなペレットを原料とした押出成形によって、所定量のナフテンやアロマティックスが配合された配管本体１０を作製することができる。
【００７８】
また、ナフテンやアロマティックスを配合する場合、高密度ポリエチレンのペレットと、高密度ポリエチレン用の樹脂に高濃度のナフテンやアロマティックスを配合したペレットと、を予め作製しておくこともできる。押出機によって、これらのペレットを所定比で混合して溶融、混練し、混練した樹脂組成物を押出成形することによって、所定量のナフテンやアロマティックスが配合された配管本体１０を形成することもできる。
【００７９】
また、ナフテンやアロマティックスを配合する場合、ナフテンやアロマティックスを供給しながら混練させることもできる。押出機のホッパに、高密度ポリエチレンのペレットを投入すると共に、マイクロチューブポンプ等を用いてナフテンやアロマティックスを一定の滴下速度で滴下する。このような滴下を行いながら、高密度ポリエチレンとナフテンやアロマティックスとを混合して溶融、混練し、混練した樹脂組成物を押出成形することによって、所定量のナフテンやアロマティックスが配合された配管本体１０を形成することもできる。このような方法は、高濃度のナフテンやアロマティックスが配合されたマスターバッチの作製に用いてもよい。添加剤の滴下を行う場合、混練温度は１９０℃以上とすることが好ましい。
【００８０】
また、カーボンブラック等の紫外線遮蔽材を配合する場合、外層１２用の原料として、所定量の紫外線遮蔽材が配合された高密度ポリエチレンのペレットや、高密度ポリエチレンのペレットと、高濃度の紫外線遮蔽材が配合された高密度ポリエチレンのペレットと、の組み合わせを用いることができる。また、内層１１用の原料として、紫外線遮蔽材が配合されていない高密度ポリエチレンのペレットを用いることができる。ナフテンやアロマティックスを配合する場合、内層１１用や外層１２用のペレットにナフテンやアロマティックスを配合してもよいし、ナフテンやアロマティックスを配合したマスターバッチを別に用意して用いてもよい。これら外層１２用の原料と、内層１１用の原料とを用いて共押出を行うことによって、内層１１のみに紫外線遮蔽材が配合された多層構造の配管本体１０を形成することができる。なお、ナフテンやアロマティックスは、一方の層に配合しておくことで、他方の層に浸潤させることもできる。
【００８１】
高密度ポリエチレン管１，２を構成するバリア材２０は、塗布成形、押出成形、射出成形等の適宜の方法で形成することができる。また、多層構造体は、共押出法、ラミネート法等の適宜の方法で形成することができる。多層構造体は、無延伸フィルム、一軸延伸フィルム、及び、二軸延伸フィルムのいずれによって形成されてもよい。多層構造体は、高い強度やガスバリア性を得る観点からは、二軸延伸フィルムで形成することが好ましい。
【００８２】
バリア材２０は、成形された配管本体１０の外表面を覆うように配置して、高密度ポリエチレン管１，２を形成することができる。例えば、フィルム状のバリア材２０を、配管本体１０の外側に一重又は多重に巻回し、溶着や接着等で接合させて、高密度ポリエチレン管１を形成することができる。或いは、バリア材２０を筒状に成形し、その内部に配管本体１０を通して溶着させたり、配管本体１０を支持具で固定したりして、高密度ポリエチレン管１，２を形成することができる。
【００８３】
以上の高密度ポリエチレン管１，２によると、高密度ポリエチレンで成形される配管本体１０がバリア材２０で覆われるため、環境中の酸素によって高密度ポリエチレンの酸化劣化が促進されるのが防止される。そのため、高密度ポリエチレン管１，２が、高線量の放射線、大気中の酸素、夏場の屋外のような強い紫外線、酸性雨等に長時間晒される場合や、高濃度ないし高線量の放射性物質を含む流体、高温の流体等の移送を長時間行う場合等にも、酸化の伝播反応が抑えられ、放射線、紫外線、酸素、熱等の外的因子による配管本体１０の劣化が抑制される。
【００８４】
よって、高密度ポリエチレン管１，２によると、静水圧、土圧、その他、衝撃、荷重等の外力が加わる場合に、配管本体１０に環境応力亀裂やクリープ破壊が生じ難くなり、管壁に亀裂、脆性割れ等が発生したり、管体が破裂したりするのが防止される。特に、高放射線量の放射線環境においても過度に劣化することが無く、目に見えない微小な欠陥が存在しても、そこに応力が集中して脆性破壊を引き起こすことが無く、配管に要求される十分な伸びを呈するポリエチレン管を提供することができる。
【００８５】
高密度ポリエチレン管１，２の用途は、特に制限されるものではないが、原子力関連施設における水、海水等の流体の輸送に用いることができる。原子力関連施設においては、数十〜数百本の原子力設備用配管が張り巡らされ、複数の汚染水滞留エリアと接続されている。これらの配管の全長は、一般に、約１０ｋｍ〜２０ｋｍ程度ある。高密度ポリエチレン管１，２は、このように長距離にわたり敷設され得る原子力設備用配管の用途に好適に用いることができる。
【００８６】
原子力設備用配管としての高密度ポリエチレン管１，２は、特に、放射性物質を含む流体の輸送や、高放射線量下での流体の輸送に用いることができる。高密度ポリエチレン管１，２は、一部又は全部を放射線が照射される環境に敷設して流体の移送を行うことができる。高密度ポリエチレン管１，２によると、高密度ポリエチレンの酸化劣化が大きく抑制されるため、ラジカルが容易に発生する高放射線量下であっても、管体の健全性を保持し、漏洩事象の発生を防止することができる。高濃度の放射性物質を含む流体の輸送に用いる場合においても、鋼管と同様の長期にわたる使用が可能となり、取替えや点検の頻度が縮減されるため、敷設のための工数や機材、施工者や点検者の被曝の危険性等を大幅に低減することができる。
【００８７】
以上、本発明に係る高密度ポリエチレン管の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
【００８９】
高密度ポリエチレン製の配管本体と、バリア材とを備える本発明に係る高密度ポリエチレン管に関して、ナフテン及びアロマティックスの添加量や、バリア材の構成を変えて試験片を作製し、放射線照射処理後の引張破断伸びを評価した。
【００９０】
高密度ポリエチレン管の配管本体は、チーグラー触媒を使用して製造された高密度ポリエチレンを用いた。この高密度ポリエチレンは、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３であり、高密度ポリエチレン１００質量部に対し、テトラキス（２，４−ジ第三ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンジフォスフォナイト（サンド社−テトラキス〔３−（３，５−ジ第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（チバガイギー社製、商品名：Ｉｒｇａｎｏｘ  １０１０）０．０５質量部が配合されている。
【００９１】
高密度ポリエチレン管の配管本体は、添加剤として、ナフテンを含有するオイル、又は、アロマティックスを含有するオイルを配合して作製した。後記する濃度の各オイルを高密度ポリエチレン用の樹脂に配合し、混練機のホッパーに投入して溶融、混練した。そして、混練した樹脂組成物を多数の孔（直径３ｍｍ程度）が開けられているステンレス円盤を通過させて、冷却水槽中に押し出し、円盤面に平行に設置されている回転するナイフによって長さ３ｍｍ程度に切断し、高密度ポリエチレン管用のペレットとした。そして、このペレットをパイプ製造装置のホッパーに投入し、１８０℃で１０分間混練し、円筒状の配管本体を押出成形した。成形した配管本体は、後記する各バリア材を外周に巻回し、熱圧着を施すことによって溶着させて高密度ポリエチレン管を形成した。
【００９２】
作製した高密度ポリエチレン管は、放射線照射処理を行った後、引張試験に供して引張破断伸びを測定した。なお、放射線照射処理は、６０Ｃｏ線源から放出されるγ線を１ｋＧｙ／ｈの線量率で照射することにより行った。吸収線量は、７５０ｋＧｙとした。引張試験の試験片としては、放射線照射処理を施した高密度ポリエチレン管から、日本工業規格（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）ＪＩＳ  Ｋ  ７１６２に記載されている１Ｂ形のダンベル形状の試験片を作製して用いた。
【００９３】
＜引張試験＞
引張試験は、日本水道協会規格「水道配水用ポリエチレン管  ＪＷＷＡ  Ｋ  １４４」に準拠して行った。試験機は、最大の引張力を指示する装置を備え、ダンベル形状の試験片を締めるつかみ具を備えるＪＩＳ  Ｂ  ７７２１に記載の装置を使用した。試験片の厚さと平行部の幅を測定し、伸び測定用の標線を平行部分の中心部に付けた後に、試験速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、室温で引張試験を行った。標線間距離は５０ｍｍとした。引張試験を行って試験片の破断時の標線間距離を測定し、下記式（Ｉ）によって、破断時の伸びを算出した。なお、式（Ｉ）において、ＥＢは破断時の伸び（％）、Ｌ０は標線間距離（ｍｍ）、Ｌ１は破断時の標線間距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００９４】
【数１】
2019123204.tif 000008
【００９５】
以下、ナフテンの添加量を変えて作製した試験片について、放射線照射処理後の引張破断伸びの測定結果を示す。なお、添加剤としては、原油を精製した際に生じるオイルのうち、ｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＮが所定値の各オイルを用いている。オイルの配合量は、高密度ポリエチレン１００質量％に対して、５質量％とした。ポリエチレン管の配管本体を覆うバリア材としては、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂からなる単層のフィルムを用いた。
【００９６】
図５は、添加剤として用いたオイルの％ＣＮと破断時の伸びとの関係を示す図である。
図５において、横軸は、添加剤として用いたオイルの％ＣＮ（％）、縦軸は、引張による破断時の伸び（％）を示す。
【００９７】
図５に示すように、添加剤としてナフテンを添加すると、破断時の伸びが大きくなり、環境応力破壊やクリープ破壊等が抑制される可能性が確認された。特に、％ＣＮが２０以上６０以下では、％ＣＮが１０程度以下の場合や、％ＣＮが７０程度以上の場合と比較して、引張破断伸びが顕著に大きくなっており、環境応力破壊やクリープ破壊等が大きく抑制される可能性が確認された。バリア材を設けない不図示の試験片と比較すると、破断時の伸びが全体的に大きい傾向がみられた。
【００９８】
次に、アロマティックスの添加量を変えて作製した試験片について、放射線照射処理後の引張破断伸びの測定結果を示す。なお、添加剤としては、原油を精製した際に生じるオイルのうち、ｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＡが所定値の各オイルを用いている。オイルの配合量は、高密度ポリエチレン１００質量％に対して、５質量％とした。ポリエチレン管の配管本体を覆うバリア材としては、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂からなる単層のフィルムを用いた。
【００９９】
図６は、添加剤として用いたオイルの％ＣＡと破断時の伸びとの関係を示す図である。
図６において、横軸は、添加剤として用いたアロマティックスを含有するオイルの％ＣＡ（％）、縦軸は、引張による破断時の伸び（％）を示す。
【０１００】
図６に示すように、添加剤としてアロマティックスを添加すると、破断時の伸びが大きくなり、環境応力破壊やクリープ破壊等が抑制される可能性が確認された。特に、％ＣＡが５以上４０以下では、％ＣＡが５未満の場合や、％ＣＡが５０程度以上の場合と比較して、引張破断伸びが顕著に大きくなっており、環境応力破壊やクリープ破壊等が大きく抑制される可能性が確認された。バリア材を設けない不図示の試験片と比較すると、ナフテンの場合と同様に、破断時の伸びが全体的に大きい傾向がみられた。
【０１０１】
次に、バリア材の構成を変えて作製した試験片について、放射線照射処理後の引張破断伸びの測定結果を示す。なお、添加剤としては、原油を精製した際に生じるオイルのうち、ｎ−ｄ−Ｍ法による環分析の％ＣＮが３２のオイルを用いている。オイルの配合量は、高密度ポリエチレン１００質量％に対して、５質量％とした。
【０１０２】
【表１】
2019123204.tif 000009
【０１０３】
表１に示すように、バリア材を備えない試験片Ｎｏ．１は、放射線照射処理後の引張破断伸びが大幅に小さくなり、高密度ポリエチレンの劣化が著しいことが確認された。これに対し、試験片Ｎｏ．２〜６のように、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の層が厚くなるほど、放射線照射処理後の引張破断伸びが大きくなり、ガスバリア性の向上による酸化劣化の抑制の効果が確認された。試験片Ｎｏ．７〜１３のように、バリア材を多層フィルムとした場合には、放射線照射処理後の引張破断伸びがより大きくなる傾向があり、バリア材全体として１００μｍ程度の厚さが確保されていれば、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂の層を過度に厚くしなくとも、十分に高いガスバリア性が得られることが確認された。
【符号の説明】
【０１０４】
１    高密度ポリエチレン管
２    高密度ポリエチレン管
１０  配管本体（本体部）
１１  内層
１２  外層
２０  バリア材
２１  中間層
２２  保護層
２３  保護層
３０  空間
【図１】
2019123204.tif 000010
【図２】
2019123204.tif 000011
【図３】
2019123204.tif 000012
【図４】
2019123204.tif 000013
【図５】
2019123204.tif 000014
【図６】
2019123204.tif 000015