(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面にポリオレフィン又はポリウレタンを施した重防食被覆を施した鋼管の表面に、ガラスロービングを切断した切断物を不飽和ポリエステル樹脂と共に吹き付け塗装し、該吹き付け塗装した上に更にガラスロービングを巻きつけてなる繊維強化樹脂被覆層を形成することを特徴とする繊維強化樹脂被覆鋼管。
【請求項２】
繊維強化樹脂被覆層を複数層形成することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂被覆鋼管。
【請求項３】
外面にポリオレフィン又はポリウレタンを施した重防食被覆を施した鋼管の表面に、ガラスロービングを５〜１００mmに切断した切断物を不飽和ポリエステル樹脂と共に吹き付け塗装し、該吹き付け塗装した上に更に、均等な間隔を保ちつつ１回の塗装面積に対して１０〜８０％の面積割合になるようにガラスロービングを巻きつけてなる繊維強化樹脂被覆層を形成することを特徴とする繊維強化樹脂被覆鋼管。
【請求項４】
外面にポリオレフィン又はポリウレタンを施した重防食被覆鋼管を回転させつつ、（１）該重防食被覆鋼管の表面にガラスロービングの５〜１００mm長の切断物を、過酸化物触媒と反応性モノマーを添加した不飽和ポリエステル樹脂と共に吹き付け塗装し、（２）更にその上に均等な間隔を保ち、塗装面積に対して１０〜８０％の面積割合になるようにガラスロービングを巻きつける、上記（１）次いで（２）の動作を複数回繰り返すことで、表面に繊維強化樹脂被覆保護層を形成することを特徴とする繊維強化樹脂被覆鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外面に防食被覆を必要とする鋼管の埋設施工時、あるいは鋼管杭の港湾・河川の桟橋や護岸などの鋼構造物の打設時、もしくは打設後の捨て石類、その他船舶を含む浮遊物等によって発生する衝撃に対して防食被覆の耐衝撃・耐久性に優れた外面重防食被覆鋼管杭と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外面防食が必要とされる鋼管、鋼管杭において数十年の長期耐久性が必要とされる場合、ポリオレフィン、あるいはポリウレタン樹脂を被覆材として使用した重防食被覆鋼材が製造される。このような被覆材料を用いた重防食被覆鋼材は防食性に著しく優れるが、用いる樹脂の強度が低く、運搬、保管、施工時のハンドリングにおける衝突や摩擦などによる被覆の傷発生が問題となってきた。これに対して特開平１０−２４２７２９や、特開平１０−２７２７２８に提案されるようにポリオレフィンまたはポリウレタン樹脂からなる防食被覆上に、ガラス繊維とポリエステルまたはウレタンエラストマーを同時に塗装することで保護層を形成し、耐傷性を向上させる方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重防食被覆の表層に強度・硬度に優れる繊維強化樹脂（ＦＲＰと称す）を形成する場合、ＦＲＰには炭素繊維やアラミドといった軽量だが高価な繊維よりも、安価で強度の高いガラス繊維を主として使用する。用いるガラス繊維の種類としてガラスクロスを用いると強度は優れた製法となるが、高価で製法によって方向性や層間割れを生じる可能性があるため、ガラスチョップ（短繊維）を使用することで安価で均一なＦＲＰ層を被覆することが出来る。例えば特開平１０−２４２７２９では、ガラスマットを用いた巻き付け塗装を行っている。また、特開平１０−２７２７２８ではスプレーアップ法でガラスロービングを切断したチョップとポリエステル樹脂塗料を同時に吹き付け塗装を行うことでＦＲＰ層を形成する。特開平１０−２４２７２９のようにガラスマットを用いた巻き付け塗装は生産性に問題があるが、特開平１０−２７２７２８の様にスプレーアップでＦＲＰ層を形成する方法は、塗装長の調節も容易で生産性と性能に優れる。
【０００４】
しかしながら、スプレーアップ塗装は、塗装時にＦＲＰ被膜中に気泡を巻き込むために塗装後の脱泡作業に時間が必要である。また、耐衝撃性の要求からＦＲＰ保護被覆を３mm以上の厚膜にすると、特に鋼管径が２００〜６００Ａの様に比較的小さいサイズでは、塗装中あるいは塗装後に静置した場合に塗膜の脱落が発生するという問題があった。一方、ＦＲＰ管を作製する方法には、多数のガラスロービングを樹脂に浸しながら、管体に巻き付けていくフィラメントワインデイング（ＦＷ）がある。ＦＷは、同サイズのＦＲＰ管を大量に作製するには優れた方法であるが、塗装の自由度が低く、塗装長が短い塗装には適さない。また、重量物の塗装には管の回転速度も問題となる。
【０００５】
そこで本発明は、防食被覆上にＦＲＰ層を形成する方法として、従来のスプレーアップ法の問題である塗膜の脱泡性や、耐脱落性を改善した塗装方法を提案することで、耐衝撃性に優れた高強度重防食被覆鋼管を開発した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題を解決する手段として、図１に示すようにポリオレフィン又はポリウレタンを用いた重防食被覆を施した鋼管をスパイラル状に回転させ、その表面にガラスロービングの５〜１００mmの切断物、過酸化物触媒と反応性モノマーを添加した不飽和ポリエステル樹脂を吹き付け塗装した部分に、均等な間隔を保ち、１回の塗装面積に対して１０〜８０％の面積割合になるようにガラスロービングを巻きつけることで、表面にＦＲＰ保護層を形成することで、脱泡性と耐脱落性に優れた塗装を行うことが出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明には重防食被覆鋼管、又は鋼管杭を用いる。重防食被覆鋼管、又は鋼管杭とは、ブラスト処理、クロメート処理等の下地処理を行った鋼管にプライマー処理、０．５mmを越える膜厚の重防食被覆層を積層して製造したものである。重防食被覆にポリオレフィンを用いる場合、ポリオレフィンには分子骨格中に極性基が無いので密着性が悪いために変性接着剤を介してポリオレフィン被覆を積層する。同様に上層に被覆するＦＲＰとも密着性が悪いため、ポリオレフィンの表面に凹凸、あるいは、螺旋状の突起等の物理的な方法、あるいは火炎処理、放電処理等による極性基の導入を行っても良い。一方、ポリウレタンを用いる場合は、特に処理の必要は無いがプライマ−処理を行って接着力を向上させても良い。
【０００８】
次いで、重防食被覆鋼管の外面にガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂の硬化体であるＦＲＰ保護層を形成する。その概略を図１に示す。重防食被覆を施した鋼管１を螺旋状に回転させ、ガラスロービング４をスプレーアップガン２のロータリーカッターで５〜１００mm長に切断して供給し、塗装ポンプ３より過酸化不飽和ポリエステル樹脂を供給し、ガン２の先端でガラス繊維チョップと同時に吹き付ける。その表面に、均等な間隔を保ち、１回の塗装面積に対して１０〜８０％の面積割合になるように複数のガラスロービング６を巻きつける。ガラスロービングの面積割合は、１０％以下であると脱落が生じ、８０％以上になるとロービングが邪魔となって脱泡性に問題が生じるため、１０〜８０％の割合となるようにガラスロービング本数を調整する。また、塗装と同時に脱泡ロール７によって塗膜の脱泡を行うことで、ＦＲＰ中の気泡率を低下させることが出来る。このようにガラス繊維チョップとガラスロービングの巻き付け被覆を組み合わせて行うことにより、脱泡作業の軽減が可能でかつ、ポリエステル塗膜の硬化までに脱落が発生しないＦＲＰ被覆を形成することが出来る。
【０００９】
塗装に用いる不飽和ポリエステル硬化樹脂は、分子内にエステル結合と二重結合を有するものであれば良く、オルソフタル酸系、イソフタル酸系、テレフタル酸系、ビスフェノール系の不飽和ポリエステル樹脂が使用出来る。また材料コストの問題はあるが、化学的に安定で末端に二重結合を持つビニルエステルを使用しても良い。これらの不飽和ポリエステル樹脂をスチレンモノマー等の重合性単量体を含有率で３０〜６０％の割合に溶解したものをケトンパーオキシド、ハイドロパーオキシドの様な過酸化物触媒とコバルト系、バナジウム系、マンガン系、アミン系等の促進剤によって硬化する熱硬化性樹脂を用いる。一方、添加繊維には価格と樹脂補強効果、防食性能においてガラス繊維が優れるためこれを用いる。ガラス繊維には一般市販のガラスロービングを用い、ガラス添加量が１０wt％以上になるように調整する。ガラス繊維はその長さが短いと強度向上効果が得られないため、５mm以上の長さを持つものを１０wt％以上添加する。スプレーアップ法では、ガラス繊維が長いと塗料の脱泡性が低下することから１００mm以下であることが望ましい。
【００１０】
また、意匠性と耐候性付与のため着色顔料の添加によってポリエステル樹脂層を着色する。使用する着色顔料としては、例えばカドミウムイエロー、酸化鉄、ポリアゾイエロー、キノフタロンイエロー、イソインドリノンイエロー、キナクリドンイエロー、ベンガラレッド、ポリアゾブラウン、アゾレーキイエロー、ペリレンレッド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ベンガライエロー、アルミン酸コバルト、アニリンブラック、カーボンブラック、酸化チタン、ウルトラマリンブルー、アルミニウム微粉末等を０．２〜３％添加する。特に耐候性が必要な場合は、ガラス繊維を含有しない着色不飽和ポリエステル硬化樹脂層を最外面にもう一層形成すると良い。このため、ガラス繊維強化ポリエステル保護被覆層を形成後、その表面に着色顔料を含有した不飽和ポリエステル樹脂を２００〜１５００μｍの厚みで塗装する。記組成の不飽和ポリエステル硬化樹脂層に保護層としての機能と密着性を持たせるため、２〜１０mmの皮膜を形成する。厚みが２mmに及ばないと、耐衝撃性と剪断接着性が低下する。厚みが１０mmを越えると、硬化時の発熱量が増加する。
【００１１】
本発明の製造法で作製した場合の被覆断面図の一例を図２に示す。被覆の断面構成において、重防食被覆層１０により防食機能が維持される。また、ＦＲＰ層５との組み合わせにより、高い耐衝撃性が得られる。ＦＲＰ層５と同時に巻き付けられるガラスロービング６は鋼管の一周長以上の長繊維であるため、ＦＲＰ層５の硬化前の脱落を防止する効果がある。また、ガラスロービング間隔を密にしないことで脱泡性を維持することが出来る。
【００１２】
【実施例】
外径２００Ａ×長さ５５００mm×肉厚５．８mmの鋼管外面にグリッドブラスト処理を施し、スケール等を除去して表面に粗度を付与した後、クロム−シリカ系のクロメート処理剤を全クロム付着量で５００mg/m2 となるように塗布乾燥後して下地処理を行った。次に、アミン系の硬化剤とビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂の主剤を用いたプライマーを３０〜６０μｍ膜厚となるようにスプレー塗布し、この鋼材を加熱してプライマーを硬化させた。次いで無水マレイン酸で変性したポリエチレン接着剤（膜厚：１５０μｍ）と本発明の防食被覆用ポリエチレン樹脂を２層Ｔダイスによりフィルム状に押し出し被覆した。この後、冷却し、膜厚２．５mm、密度０．９２g/cm3 のポリエチレン重防食被覆鋼管を製造した。
【００１３】
次に、図１に示すレイアウトによりスプレーアップ法で、不飽和ポリエステル樹脂に１％の着色トナーを添加した塗料と過酸化物触媒含有硬化剤をスプレー混合しながら、ガラスロービングをガンの先端で２５mm長に切断したものを重量比で３０％の割合で同時に吹き付け塗装を行い、着色保護層を塗装した。その後、７mm幅のガラスロービングを０〜５０mmの間隔で鋼管に巻き付けた。また、同時に回転する鋼管に脱泡ロールを押し当てて脱泡を行った。この作業を４回繰り返し、図２に示す断面構造を有するＦＲＰ被覆鋼管を作製した。塗装したＦＲＰ膜厚は４mmであった。塗装直後、ポリエステル樹脂が未硬化の状態で鋼管の回転を停止して硬化まで放置したが、塗膜の脱落は生じなかった。
【００１４】
一方、比較のために上記の本発明の手法から塗膜保持用のガラスロービング、脱泡ロールを省略してスプレーアップ塗装を試みたが、３回の塗り重ね塗装後に脱落が発生した。また、スプレーアップに脱泡ロールのみを組み合わせて塗装を行うと、４回塗装までの脱落防止が可能であったが、塗装後に鋼管の回転を停止すると、同様に脱落が発生した。また、特開平１０−２４２７２に相当する比較例として下地処理を行った２００Ａの鋼管外面にポリエチレンを被覆する場合にＴダイスの一部からのポリエチレン押し出しフィルムを切断、分離しながらスパイラル状に被覆して表面段差を形成したポリエチレン被覆鋼管を作成し、特開平１０−２４２７２記載のスプレーアップ方法でＦＲＰ保護層を形成したが、３回目の塗装で脱落が発生した。このため塗装毎に脱法作業を実施し、塗膜の硬化終了まで鋼管を回転放置した。上記結果から明らかな様に、従来のスプレーアップによる鋼管外面へのＦＲＰ塗装は、塗装中、あるいは塗膜硬化前に鋼管の回転を停止すると塗膜の脱落が発生するため、完全に硬化するまで鋼管を回転放置する必要があり、生産性が問題であった。
【００１５】
上記の方法で作製したＦＲＰ被覆鋼管を切断加工し、ＡＳＴＭ  Ｇ１４に規定された落錘衝撃試験により被覆の貫通エネルギーを測定した。結果を表１に示す。表１の結果から明らかなように本発明の塗装方法を用いることで、鋼管塗装時、あるいは塗装後、塗膜が硬化するまでの脱落を防止することが出来る。また、スパイラル状に巻き付けるガラスロービングを用いた方が、耐衝撃性に対しても有効である。しかしながら、ガラスロービング数を増やしすぎた場合は、下層塗膜の脱泡が阻害されるために耐衝撃性が低下する。従って、本発明の範囲としては適度な間隔（面積率で１０〜８０％）を保持する必要がある。
【００１６】
【表１】
0004564194.tif 000002
【００１７】
【発明の効果】
本発明のＦＲＰ被覆鋼管の製造法は、実施例からも明らかな様に、従来のハンドレイアップに比較して大幅に作業性に優れ、かつスプレーアップで生じやすい塗膜の脱落を防止し、かつ被膜の強度も向上させる塗装方法を確立した。これにより生産性と品質の向上がはかれ、より容易にＦＲＰ被覆鋼管を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＲＰ被覆鋼管の製造方法を示す図。
【図２】本発明の製造方法により製造したＦＲＰ被覆鋼管の軸方向の断面図。
【符号の説明】
１    重防食被覆鋼管
２    スプレーアップガン
３    樹脂ポンプ
４    ガラスロービング
５    ガラス繊維チョップと樹脂の塗装被覆
６  ガラスロービング
７  脱泡ロール
８  鋼管
９  下地処理層
１０  重防食被覆層
【図１】
0004564194.tif 000003
【図２】
0004564194.tif 000004