(57)【要約】使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護され、各々が未配向構造の高分子組成物を含む２つの層によって保護された管状高分子支持体から形成された多層プラスチックパイプであって、その第１層が前記基材プラスチックの高分子組成物と相溶性であり、第２層が仕上げコートとしても機能する外側層である多層プラスチックパイプ、およびその製造方法。配向高分子組成物を含むテープから形成された補強層を、上記支持体と第１保護層との間に挿入することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護され、高分子組成物をベースとする管状支持体から形成された多層プラスチックパイプであって、該支持体が、各々が未配向高分子組成物を含む２つの層によって保護され、その第１層が前記基材プラスチックの高分子組成物と相溶性であり、第２層が仕上げコートとしても機能する外側層であることを特徴とする多層プラスチックパイプ。
【請求項２】
前記支持体が二軸配向構造の高分子組成物を含む、機械的応力に対して補強された請求項１記載のパイプ。
【請求項３】
前記支持体が未配向構造の高分子組成物を含み、且つ配向高分子組成物を含む少なくとも2つの厚さの補強用テープから形成された補強層を前記支持体と第１保護層間に存在させる、機械的応力に対して補強された請求項１記載のパイプ。
【請求項４】
前記補強層の第1の厚さを前記支持体に接着結合させる、請求項３記載のパイプ。
【請求項５】
前記補強層の各厚さを相互に結合させる、請求項３または４記載のパイプ。
【請求項６】
前記第１保護層を前記パイプの周りに巻付けた少なくとも1つの厚さのテープから形成させる、請求項１〜５のいずれか1項記載のパイプ。
【請求項７】
前記第１保護層を前記基材高分子組成物に結合させる、請求項１〜６のいずれか1項記載のパイプ。
【請求項８】
a) 第１の保護層を、高分子組成物をベースとする管状支持体に、該基材プラスチックの高分子組成物と相溶性の未配向高分子組成物の少なくとも1つの厚さのテープを巻付けることによって施し；そして、
b) その後、未配向高分子組成物を含む第２の保護層を上塗り押出によって施して、外側仕上げコートを形成させる；
ことを特徴とする使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護された多層プラスチックパイプの製造方法。
【請求項９】
a) 最初に、配向高分子組成物をベースとする少なくとも２つの厚さのテープから形成された補強層を、未配向高分子組成物をベースとする支持体に、１つの特定の厚さのテープが、隣接の厚さのテープと一緒に、前記パイプの軸に対して同様な角度であるが逆の方向の角度をなすような方法でテープを巻付けることによって施し；
b) その後、前記第１保護層を施し；そして、
c) 最後に、前記外側仕上げコートを施す；
機械的応力に対して補強されたパイプの製造のための請求項８記載の方法。
【請求項１０】
下記の操作を順次実施する、請求項９記載の方法：
a) 前記補強層のテープの１面に、熱活性型ポリマー接着剤を予備コーティングし；
b) これらの補強用テープを、前記支持体の周りに巻付けることによって施し；
c) 前記第１保護層を施し；
d) 前記補強層の接着剤を、前記パイプを形成させる間に前記パイプに赤外線を照射することによって活性化させ；そして、
e) 前記外側仕上げコートを施すこと。
【請求項１１】
下記の操作を順次実施する、請求項９記載の方法：
a) 前記補強層のテープに、熱活性型ポリマー接着剤を予備コーティングし；
b) これらの補強用テープを、前記支持体の周りに各連続テープ厚を巻付けることによって施し、同時に、前記予備コーティング接着剤を、別個の数工程で、各テープ厚またはこれらテープの１連の複数の連続厚を施した後に、前記パイプを形成させる間に前記パイプに赤外線を連続照射することにより活性化させ；
c) 前記第１保護層を施し；そして、
d) 前記外側仕上げ層を施すこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用時および取扱い時の諸性質の劣化から保護された多層プラスチックパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
大直径パイプのような高機械的応力に耐えなければならないパイプおよび/または高内部圧力を受けるパイプは、延性を有する鋳鉄から経済的に製造し得る。しかしながら、多くの場合、プラスチックパイプの方が、はるかに軽量であり且つ顕著な耐腐食性を示すことから、鋳鉄よりも優先されている。
鋳鉄同様に高機械的応力に耐えるためには、通常のプラスチックパイプは、厚目の壁厚を有さなければならず、それがパイプのコストを増大させ、延性鋳鉄パイプと比較してプラスチックパイプを競争力の低いものにしている。
さらにまた、プラスチックパイプは、多くの場合、長期の応力下では低い耐クリープ性を有する。しかしながら、あるタイプの用途においては、これらのパイプの強度、例えば、破裂強度が、場合によっては数10年間にも及び得る長期の使用後に低下しないことが極めて重要である。
幾つかの試みがこの問題を解決するために行われている。第１の試みは、プラスチックをパイプの軸に対して水平および垂直方向に二軸配向させたパイプを製造することからなる。しかしながら、二軸配向操作は、押出によって予備加工したパイプにおいてのみしか実施できず、その加工はバッチ方法となりそのコストを増大させている。さらにまた、上記材料の二軸配向をカップラー手段の取付け中に維持するためには、多くの特別なカップラーの使用と関連して、とりわけ注意を払わなければならない。さらにまた、この方法を使用して得られる補強は長さ方向においては最も有効であるが、幾つかの用途、例えば、加圧流体の輸送における最大応力を示す半径方向力に対する耐性問題については極めて部分的にしか解決されない。今までのところ、二軸配向加工を連続にするための努力は、技術的な制約および得られる強度の依然として不十分な増大と対比しての必然的に伴う実質的なコスト負担の故に、いまだ十分には結実していない。
【０００３】
もう１つの試みは、例えば、熱可塑性または熱硬化性樹脂を含浸させた繊維(例えば、ガラス繊維)の連続巻付け(COFITS)のような補強材をプラスチックパイプ上に存在させることである。しかしながら、この試みは、これらの巻付けが一般に脆くて且つ得られる補強パイプの密度とそのコストを大いに増大させるので、いずれにしろ欠点がないものではない。さらに、これら補強材の有効性は経時的に常に一定ではなく、さらに、パイプのポリマー中への外来物質の混入は分離が困難であるので、寿命終了時にパイプをリサイクルするのが、多くの場合難しい。
また、各種材料(板材、紙、ゴム、木材またはプラスチック)製の支持体を配向型ポリオレフィンテープによって補強する方式も開示されている(特許文献１参照)。しかしながら、得られた補強パイプは、例えば、パイプにカップラーを固定するのに使用する接着剤組成物中で見出される溶媒のような有機溶媒を含む環境において十分な耐性を有していない。しかも、高温においてパイプが費やす時間は、補強用テープの配向の保持に対して有害であり、従って、パイプの良好な機械強度の持続性に対して有害である。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第4,093,004号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、製造コストを許容し得且つ延性鋳鉄パイプと拮抗し得る限界内に維持しながら、上述の公知の補強方式における問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的において、本発明は、使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護され、高分子組成物をベースとする管状支持体から形成された多層プラスチックパイプであって、該パイプが、各々が未配向高分子組成物を含む２つの層によって保護され、その第１層が上記基材プラスチックの高分子組成物と相溶性であり、第２層が仕上げコートとしても機能する外側層であることを特徴とする上記多層プラスチックパイプに関する。
本発明は、多層パイプ、即ち、少なくとも上記各保護層で被覆された管状支持体から形成され、その最外層が連続表面層を形成しているパイプに関する。
上記管状支持体は、チューブ形状の中空体である。上記管状支持体は、少なくとも１部が高分子組成物からなる。
用語“高分子組成物”は、合成樹脂から調製したポリマーをベースとする少なくとも１種のプラスチックを含む任意の材料を意味するものと理解されたい。
すべてのタイプのプラスチックが適し得る。きわめて適切なプラスチック類は、熱可塑性プラスチックのカテゴリーに属する。
用語“熱可塑性”は、熱可塑性エラストマー類およびそのブレンドを含む任意の熱可塑性ポリマーを意味する。用語“ポリマー”は、ホモポリマーおよびコポリマー(とりわけ、２成分または３成分コポリマー)を意味する。そのようなコポリマーの例は、限定するものではないが、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーおよびグラフトコポリマーである。
【０００７】
溶融点が分解温度よりも低い任意のタイプの熱可塑性ポリマーまたはコポリマーが適している。少なくとも10℃に亘る溶融範囲幅を有する合成熱可塑性プラスチックが特に適している。
そのような材料の例としては、その分子量において多分散性を示す材料がある。
とりわけ、ポリオレフィン類、ポリハロゲン化ビニル類、熱可塑性ポリエステル類、ポリケトン類、ポリアミド類およびこれらのコポリマー類を使用し得る。ポリマーまたはコポリマーのブレンドも、高分子材料と、例えば、限定するものではないが、炭素、塩類および他の無機誘導体、ガラス繊維、天然無機繊維または高分子繊維のような無機、有機および/または天然充填剤との混合物と同様に、使用し得る。上述のポリマーまたはコポリマーの少なくとも1種を含む、一緒に結合させた積重ね層からなる多層構造体の使用も可能である。
頻繁に使用されるポリマーは、ポリ塩化ビニルおよび高密度ポリエチレンである。優れた結果は、ポリ塩化ビニルによって得られている。
“劣化から保護された”なる表現は、パイプの環境条件下における強度能力が、これらの条件に耐えるのにとりわけ適する材料の少なくとも１つの層によるパイプの囲い込みによって増強されていることを意味するものと理解されたい。
保護されていないパイプの諸特性の維持に対して有害であり得る環境条件の例としては、高温および有機溶媒の存在を挙げることができる。
上記保護層は、とりわけ、環境条件下におけるパイプの強度能力を増大させる上述の各特定の層である。
これらの保護層は、各々、未配向構造の高分子組成物、即ち、ポリマーとして、その分子鎖が何ら特別の配向を有していないポリマーのみを含む組成物を含む。
【０００８】
本発明によれば、第１の保護層は、上記基材プラスチックの高分子組成物と相溶性である。用語“相溶性”は、上記保護層を構成する高分子組成物が上記基材プラスチックに対して化学的見地から不活性であり、且つ保護層の物質的組成が、溶融状態において、上記基材プラスチック中に分離現象を生ずることなく容易に混入するようであることを意味する。この相溶性は、層対層の容易な接着も暗示している。
上記第１保護層に適している高分子組成物の例は、ポリハロゲン化ビニル類およびポリオレフィン類を含む組成物である。ポリ塩化ビニルが優れた結果を与えている。
上記第２保護層は、仕上げコート、即ち、パイプの外側寸法並びにパイプ表面の性質および仕上げを決定する外側層である。第２保護層は、上記第１層の組成と同一または異なる組成を有し得る。とりわけ、第２保護層は、第１層の材料と同じ高分子材料から製造し得る。ポリ塩化ビニルも、この第２保護層の組成物に良好な結果を与える。
本発明に従うパイプの第１の特定の実施態様によれば、上記支持体は、二軸配向構造の高分子組成物を含む。
用語“二軸配向”は、ポリマー組成物中に含まれるポリマーの少なくとも20質量%の分子鎖が2つの異なる方向に配列されている高分子構造を意味するものと理解されたい。好ましくは、その２つの方向は相互に垂直である。それ自体で容易にその分子鎖が配向する性向を有する任意のタイプの熱可塑性ポリマーを、配向鎖を有するポリマーとして選択し得る。そのようなポリマーの例は、ポリオレフィン類、ポリハロゲン化ビニル類、ポリアミド類およびこれらのコポリマー類である。
【０００９】
上記支持体が配向高分子組成物を含まない場合、本発明に従うパイプの第２の有利な変形態様は、配向高分子組成物を含む少なくとも2つの厚さの補強用テープからなる補強層を上記支持体と第１保護層間に存在させたパイプである。本発明のこの第２の変形態様によれば、有効な補強性を有するパイプを提供するのは、上記補強用テープの高分子組成物の配向特性である。
用語“補強されたパイプ”とは、パイプを構成する基材組成物の固有の機械特性がこの基材と異なる追加の材料組成物の存在によって改変されており、その存在によって、機械的強度が増大されているパイプを意味するものと理解されたい。基材組成物は、補強パイプの総質量の少なくとも40質量%を示す高分子組成物である。基材高分子組成物は、上記支持体において見出される組成物である。追加の材料組成物は、上記補強層の組成物によって形成される。
“配向高分子組成物”なる表現は、この場合、その高分子組成物が少なくとも1種の配向ポリマーを含むことを意味する。
上記補強層は、単一の配向高分子組成物を含み得る。また、上記補強層は、数種の高分子組成物および任意成分としての非高分子添加剤のブレンドも含み得、そのポリマーの少なくとも1種は配向型である。そのポリマーは、上記テープ中に配向形で存在し得る、即ち、その構成分子鎖の少なくとも20質量%が同じ方向で存在する任意の熱可塑性ポリマーであり得る。好ましくは、配向方向は、上記テープの長さ方向である。それ自体で良好にその分子鎖が配向する性向を有する任意の熱可塑性ポリマーを上記配向ポリマーとして選択し得る。一般に、圧力に耐えなければならないパイプを製造するのに一般的に使用されているポリマーの性質と同じ性質の配向ポリマーを使用する。高密度ポリエチレン(HDPE)製の支持体の場合におけるそのようなポリマーの有利な例は、限定するものではないが、マルチモードHDPE樹脂および架橋性樹脂である。
上記２つの厚さの補強用テープは、上記支持体の周りに、第２の厚さが支持体の周りの第１の厚さを完全に被覆するような方法で巻付ける。
【００１０】
パイプを配向テープによって補強する場合、上述の第２の変形態様の有利な別の態様は、上記支持体に接着結合されている、即ち、普通の適切な種類の接着剤によって支持体に固定されている上記第１の厚さの補強層テープからなる。
また、上記補強層の各厚さもさらに互いに結合してパイプ全体の最大の結合性を与えるようにするのがとりわけ有利である。
上述の場合のすべてにおいて、パイプの有利な実施態様は、パイプの第１保護層がパイプの周りに巻付けた未配向テープの少なくとも１つの厚さによって形成されていることである。
上述のパイプの変形態様において、１つの有利な実施態様は、上記第１保護層が上記基材高分子組成物に結合されている態様である。
また、本発明は、
a) 第１の保護層を、高分子組成物をベースとする管状支持体に、該基材プラスチックの高分子組成物と相溶性の未配向高分子組成物の少なくとも1つの厚さのテープを巻付けることによって施し；そして、
b) その後、未配向高分子組成物を含む第２の保護層を上塗り押出(overextrusion)によって施して、外側仕上げコートを形成させる；
ことを特徴とする使用時および取扱い時の諸特性の劣化から保護された多層プラスチックパイプの製造方法にも関する。
本発明に従うパイプの場合において上記で定義した特定の用語は、上記方法に関しても同じ意味を有する。
上記第２保護コーティングは、それ自体周知の任意の上塗り押出法、とりわけプラスチックパイプ製造工業において使用する上塗り押出法を使用する上塗り押出によって施し得る。これらの方法の1つの例は、パイプがその中央を通る中空環形状のダイの使用であり、このダイは、制御された量の高分子組成物をパイプ周囲の周りに均一且つ連続的に付着させるのを可能にする。
【００１１】
補強され且つ機械的応力から保護されたパイプを得るための本発明に従う方法の有利な変法は、下記の操作を実施することからなる：
a) 最初に、配向高分子組成物をベースとする少なくとも２つの厚さのテープから形成された補強層を、未配向構造の高分子組成物をベースとする支持体に、１つの特定の厚さのテープが、隣接の厚さのテープと一緒に、上記パイプの軸に対して同様な角度であるが逆の方向の角度をなすような方法でテープを巻付けることによって施し；
b) その後、上記第１層を施し；そして、
c) 最後に、上記外側仕上げ層を施すこと。
この定義において、“同様な角度”なる表現は、同じ角度からせいぜい５度を差し引いた角度に等しい角度を意味する。また、“同様な角度”なる表現は、同じ角度にせいぜい５度をプラスした角度に等しい角度も包含する。好ましくは、この表現は、同じ角度からせいぜい２度を差し引いた角度に等しい角度を意味する。また、好ましくは、この表現は、同じ角度にせいぜい２度をプラスした角度に等しい角度も包含する。
上記２つの保護層の適用は、上記未補強パイプの製造の場合において上述した方法と同じ方法で実施し得る。
【００１２】
保護され、補強されたパイプの製造方法の上記変法においては、上記補強用テープを接着剤で予備コーティングすることがさらにまたとりわけ有利である。この場合、塗布後に熱的に活性化させるポリマー接着剤を、下記の操作を順次実施することによって使用することが有利であり得る：
a) 上記補強層のテープの１面に、熱活性型ポリマー接着剤を予備コーティングし；
b) これらの補強用テープを、上記支持体の周りに巻付けることによって施し；
c) 上記第１保護層を施し；
d) 上記補強層の接着剤を、上記パイプを形成させる間に上記パイプに赤外線を照射することによって活性化させ；そして、
e) 上記外側仕上げ層を施すこと。
上記の予備コーティング操作は、補強用テープの施し直前、あるいは後の時点、パイプ製造前の別の時点において実施し得る。さらに、この操作は、テープの１面または両面に実施し得る。好ましいのは、１面に実施することである。
この方法は、有利なことに、上記補強用テープを事前に加熱することなく施し、次いで、上記第１保護層を通る赤外線によって放射された熱の流れを容易に制御してその熱が補強用テープの高分子組成物の配向を破壊しないようにするのを可能とする。
変法として、上記補強用テープの接着剤は、テープの各厚さの施し後の別個の数工程において、上記パイプを形成させる間の赤外線によるパイプの連続照射によっても活性化し得る。
また、この接着剤は、補強用テープの１群の複数の厚さを施した後の別個の数工程において活性化させることも可能である。
上記保護層の少なくとも１つは、変法として、上記基材構造体に接着剤により結合させることもできる。この接着剤は、例えば、赤外線照射によって活性化し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の実施例は、本発明を例示する目的で示すものであり、如何なる形においても本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例】
【００１４】
配向ポリ塩化ビニル(PVC)の360 mm幅のテープを、未配向SOLVINR 266RC PVCの400 mmフィルムを延伸比率４００%で実験室カレンダーにより延伸することによって製造した。延伸後、このテープは、４００μmの厚さ、5 GPaの弾性率および175 MPaの引張り強度を有していた。
次に、このストリップを、１面のみ、LUPHENR D200Aブランドの加熱活性型水溶性ポリマー接着剤でコーティングした。
このコーティングしたテープを、50 mmの外径、外径/壁厚比 34、およびその耐圧性の点で通常の品質(公称許容圧力 0.75 MPa)を有するPOLVAR PVC製のパイプの周りに巻付けた。巻付けは、上記チューブの軸に対して55°の角度で各々交差した２つの層を形成させるように実施した。その後、パイプの周りに巻付けたテープの外表面を5秒間75℃に加熱した。
その後、得られたパイプを、前以って接着剤を添加したSOLVINR 266RC PVCのさらなる層で、400μm厚の未配向テープがパイプを完全に被覆する形で被覆し、LUPHENR D200A接着剤で予備コーティングした。この接着剤は、カルボン酸塩タイプの錫安定剤(PVCに対し3質量%)、加工助剤(1質量%のポリメチルメタクリレート)、およびステアリン酸カルシウム、パラフィンワックスおよび酸化ポリエチレンワックスの混合物からなる潤滑剤(1質量%)の混合物からなっていた。その後、接着剤を上記配向テープの場合において説明したのと同じ条件下に活性化させた。
次に、得られたチューブを、上述した接着剤と同じ接着剤を添加したSOLVINR 266RC PVC(厚さ300μmのパイプにおいて通常使用する等級)から調製した仕上げコートで、パイプを環状ダイに、次いでサイジング装置に、さらに室温の水を満たした冷却タンクに通すことによって被覆した。
【００１５】
破裂圧力測定を、保護も補強もされていない、従って、本発明に従わないPOLVAR PVC製の対照パイプ、および本発明に従って補強され保護されたパイプにおいて、ISO 9080規格に従い実施し、下記の結果を得た：
2004531677.tif 000002
本発明に従う各パイプは、補強されていないパイプよりも実質的に良好な破裂圧力を有することが理解し得る。通常のパイプに対比して、約25質量%の材料の節約さえも、破裂強度の15%の増大にもかかわらず可能である(保護され補強されたPOLVARパイプ、3.2 mm厚)。
【国際公開パンフレット】
2004531677.tif 000003
2004531677.tif 000004
2004531677.tif 000005
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2004531677.tif 000010
2004531677.tif 000011
2004531677.tif 000012
2004531677.tif 000013
2004531677.tif 000014
2004531677.tif 000015
2004531677.tif 000016
【国際調査報告】
2004531677.tif 000017
2004531677.tif 000018
2004531677.tif 000019
2004531677.tif 000020