繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(1)

特集 もののつくり方教えます

繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について【商品名：フジパイプ7000シリーズ、フジFWパイプ】＊渡邉 光章1．はじめに2.2 製法富 士 化 工 ㈱ は 繊 維 強 化 プ ラ ス チ ッ ク（FRP ／FRP管の成形法は歴史が古く、ハンドレイアップ

Fiber Reinforced Plastics）管を製造する会社と法（HLU法）、フィラメントワインディング法（FW法）、して、1957年（昭和32年）に設立された。耐食性、テープラッピング法、遠心成形法、ドロストフォル耐熱性を特長とする「フジパイプ7000シリーズ」なム式連続成形法など多岐に渡るが、現在はHLU法、FWらびに耐圧性、耐食性を特長とする「フジFWパイプ」法、それらの併用方式が主となっている。製法の一(1)を製造販売している 。

例として図2にFW法の概念図を示す。FW法は、主に前FRP管は、その特長から化学プラントや電力、製鉄、述した「強化層」に用いられ、ガラス長繊維に樹脂温泉、製紙、海洋等の流体を搬送する配管材として、槽で樹脂を含浸させ、マンドレルに巻き付けて成形また、排ガス処理等の環境保全装置の腐食性気体をするものである。成形後に硬化炉等で加熱し硬化さ搬送するダクト、煙突内筒等のプラント用配管材とせ、マンドレルを引き抜いてパイプ状の製品が完成して使用されている。

する。

2．FRP管の製法(2)2.1 FRP管の構造

FRP管は、ガラス繊維等の繊維強化材に、耐食性に優れた不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、成形されている。
FRP管の構造は、耐食層と強化層より構成される。流体を搬送する場合の一般的な構造は、管内面側の腐食環境面に耐食性に優れた熱硬化性樹脂と繊維強化材を用いた耐食層と、外側に熱硬化性樹脂と異方性の繊維強化材等を用いた強化層の2層の構造になって

図2 FW法の概念図いる。(図1)2.3 樹脂樹脂は主に、不飽和ポリエステル（UP）、ビニルエステル（VE）、エポキシ（EP）、フラン、フェノールが耐食層と強化層に分けて使用されるが、特に、耐食FRP用途ではその特性から耐食層にビスフェノー
ル系VE、ノボラック系VEが多く使用されている。表1
図1 FRP管の構造（断面）に各樹脂の特長を示す。

＊富士化工㈱配管技術研究協会誌 2022． 春 ・ 夏季号． 31

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(2)表1

樹脂種類と特長
樹脂種類
イソフタル酸系

不飽和ポリエステル（UP）

ビスフェノール系
ビスフェノール系

ビニルエステル（VE）
ノボラック系
エポキシ
フラン
フェノール

耐薬品性（〇使用可、×使用不可）〇：非酸化性酸、塩類、石油
×：アルカリ、強酸、溶剤〇：酸、アルカリ
×：溶剤〇：強酸、強アルカリ
×：溶剤〇：強酸、溶剤
×：アルカリ〇：酸、アルカリ、溶剤
×：酸化性酸〇：酸、アルカリ、溶剤
×：酸化性酸〇：酸、溶剤
×：アルカリ、酸化性酸

耐熱性

成形性〇〇〇〇〇◎〇△〇△◎△

2.4 繊維強化材

性に優れ、電気絶縁性に優れているので電食が生じ

繊維強化材には、ガラス繊維、炭素繊維および有ない。また、熱膨張係数が小さく、断熱性に優れ、機繊維があるが、主にガラス繊維が使用されている。

熱可塑性プラスチックと比較して耐熱性が高く、温その特性により耐食層や強化層に使い分けられる。

度依存性が少ないので低温から高温まで使用できる。

ガラス繊維が腐食を受けるフッ酸等の薬液環境では、金属管と比較して、軽量で取扱いが容易であり、簡耐食層表面に有機繊維や炭素繊維が使用される。繊単に補修ができるが、耐火性、耐磨耗性、耐衝撃性

維はロービング、クロスマット、チョップドストラには劣る。

ンドなどの形態で使用されることが多い。

3.1 FRP管の諸特性
フジパイプ7000(図3)は、繊維強化材に短繊維を

3．FRP管の特長用いたFRP管で、高耐食性を特長とした製品である。

FRP管は、軽量で比強度が高く、耐薬品性・耐候

フジFWパイプ(図4)は、強化層に長繊維を用いたFRP

(1)

図3

フジパイプ7000

図4

フジFWパイプ

32 配管技術研究協会誌 2022． 春 ・ 夏季号．

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(3)表2

フジパイプ7000、フジFWパイプの諸特性
項 目規

フジパイプ7000

フジFWパイプ

呼び径

JISK7013

格

単mm

位

25～60025～600

成形法

－-

積層成形法

ＦＷ法

繊維強化材

－-

ガラス繊維

ガラス繊維
UP、VE

樹脂

JISK6919

-

UP、VE

樹脂含有率

JISK7052

％

60～70

20～30

比重JISK7112-

1.3～1.5

1.6～1.9

使用圧力－MPa

H管：0.78
L管：0.39～0.49H管：0.98
L管：0.49

周方向引張強さ

JISK7013

N/mm260～66114～217

引張弾性率

JISK7013

N/mm27600

9400～13500

曲げ強さ

JISK7017

N/mm29880～100

曲げ弾性率

JISK7017

N/mm26300～7300

8200～10800

シャルピー衝撃強さ

JISK7111

J/cm2

3.9～4.9

14.7

バーコル硬さJISK7060

HBI-A30～4030～40

ポアソン比

JISK7164-

0.3～0.35

0.3

熱膨張係数

－/℃

20～25×10-6

19～22×10-6

熱伝導率

－W/mＫ

0.20.23

比熱－J/g℃

1.380.92

体積固有抵抗JISK6911

Ω-cm1013～1014

5×1013管で、耐圧性を高めた製品である。各製品の諸特性を表2に示す。
3.2 FRP管の耐薬品性
FRP管は、表1に示したように、構成する樹脂種類や製法によって使用できる薬品の濃度や使用温度が変わる。フジパイプ7000シリーズにおいては、酸とアルカリにはフジパイプ7000、溶剤と酸にはフジパイプ7300が選択可能である。一例として、フジパイ
プ(7000、7300)とフジFWパイプの耐薬品性の一部を表3に示す。

図5 テーパ差込みソケット接合の例

3.3 FRP管と継手の接合
一般的に、FRP管と継手の接合は接着で行う。接着部の構造は、基本的にテーパ差込みソケット（重ね合わせ）であり、管両端のオステーパと継手のメステーパの組合せにより接着接合を行う。
接着での接合は永久接合であるが、管端部や継手にフランジを接着し、配管の取外しを可能とするフランジ接合もラインナップする。図5にテーパ差込みソケット接合の例を、図6にフランジ接合の例を示す。
図6 フランジ接合の例

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(4)表3

FRP管の耐薬品性例
薬品（％）

最高使用温度（℃）
フジパイプ
7000

フジパイプ
7300

フジFW
パイプ

薬品（％）

最高使用温度（℃）
フジパイプ
7000

フジパイプ
7300

フジFW
パイプ

硫酸510010090

炭酸ソーダ30806090

硫酸10909090

次亜塩素酸ソーダ

使用不可

使用不可

使用不可

硫酸30

80

80

80

過酸化水素10

60

60

50

硫酸50

60

6060

過酸化水素30

40

4050

硝酸580

80

60

硫化ソーダ

90

9090

硝酸1060

8060

塩素（乾）

80

9090

硝酸2040

4040

塩素（湿）

70

9060

硝酸conc

使用不可

使用不可

使用不可

臭素（乾）

303030塩酸510010090

硫化水素（乾）808080

塩酸10909060

硫化水素（湿）808080

塩酸20909060

亜硫酸ガス（乾）909090

塩酸35

50

70

50

亜硫酸ガス（湿）

90

90

70

燐酸conc

100

100

60

グリセリン

90

90

90

酢酸25

90

100

90

ホルマリン

80

80

70

酢酸50

70

80

70

メチルアルコール

使用不可

40

使用不可

クロム酸10506050

エチルアルコール

40

50

40

フッ酸5

使用不可

60

使用不可

イソプロピルアルコール

50

50

50

フッ酸10

使用不可

50

使用不可

エチルエーテル

使用不可

使用不可

使用不可

苛性ソーダ5

70

使用不可

70

ガソリン

60

60

60

苛性ソーダ10

60

使用不可

60

ナフサ

80

80

80

苛性ソーダ20

60

使用不可

40

ベンゼン

使用不可

40

使用不可

苛性ソーダ50

60

使用不可

40

四塩化炭素

使用不可

30

使用不可

アンモニア水10

60

60

60

クロロホルム

使用不可

使用不可

使用不可

アンモニア水25

50

40

40

トリクロロエチレン

使用不可

使用不可

使用不可

アンモニア水conc

30

30

30

二酸化エチレン使用不可

40使用不可

食塩水

100

10090

フェノール10

使用不可

40

使用不可

海水100

10090

フェノール100

使用不可

使用不可

使用不可

硫酸アンモン40

100

10090

アセトン10

使用不可

80

使用不可

塩酸アンモン40

100

10090

アセトン100

使用不可

使用不可

使用不可

塩化カルシウム40

100

10090

メチルエチルケトン

使用不可

40

使用不可

表4

FRP管の国内規格
日本産業規格JIS K 7013

繊維強化プラスチック管

JIS K 7014

繊維強化プラスチック管継手

JIS K 7030

ガラス繊維強化熱硬化性プラスチック（GRP）管及び継手

FRPS C-001

接触圧成形による強化プラスチック製耐食機器に関する製品基準

FRPS C-003

強化プラスチック製耐食機器に関する性能検査指針

FRPS P-001

FW強化熱硬化性樹脂圧力管

FRPS P-002

FW強化熱硬化性樹脂圧力管用継手と接合方法

一般社団法人強化プラスチック協会規格

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(5)4．FRP管の国内規格(3)(4)
FRP管の国内規格は、日本産業規格および強化プラスチック協会規格がある。主な規格を表4に示す。
ここでは、主な規格であるJISK7013、JISK7014の概略を説明する。
(1)適用範囲
適用範囲は、流体搬送に使用するFRP管、継手の最高使用圧力は、液体の場合で2MPa、気体の場合で1MPaとされている。
また、参考として「管は、その材料の積層構成によって、周方向内圧強さや軸方向引張強さなどの機械的特性を大きく変える事が可能であり、この規格

図7 冷却水配管に示す管以外も各種の特性を持った管を製作する事が出来る。用途に応じた特別の要求がある場合には、受渡当事者間で検討して差し支えない。」としている。
解説では、「繊維強化プラスチック管の用途には、配管用、構造用、電気絶縁用などがあり、それぞれの用途によって要求性能が相違する。したがって、管の仕様も異なることから、管としての包括的な規格化は難しい。この規格では、主として耐食貯槽やタンクの運用に不可欠な接続配管に関し、流体を輸送するのに使用される管について規定する。」としている。
(2)規定項目
主な項目は、管・継手の種類、性能、寸法、外観、材料、試験方法で基本的な基準が規定されている。

5．FRP管の使用例
FRP管は、ガラス繊維等の繊維強化材に、耐食性に優れた不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂を含浸し成形される。これにより腐食環境の暴露に対し優れた耐食性を有するため、酸・アルカリ

図8 ポンプ廻り配管を使用する化学プラント配管、温泉配管、海水配管などに多く用いられている。ここでは使用実績を含め、FRP管の用途を紹介する。
5.1 化学プラント

5.2 電力火力、原子力発電所における蒸気タービン発電機

化学プラントでは、排ガス洗浄装置の洗浄水配管、の蒸気を冷却する海水取水配管(図9)や、石炭火力発薬液配管、冷却水配管、ダクト等で使用されている（図電の脱硫排水配管、LNG火力発電の気化器海水配管な

7、図8）。サイズは25A ～ 600Aの配管が主に使用されどで多く使用されている。特に近年では、アジア地ている。

域での電力需要の増加によるLNG火力発電所の建設に伴い、フジFWパイプの需要が増加している。サイズは25A ～ 600Aの配管が主に使用されている。

配管技術研究協会誌 2022． 春 ・ 夏季号． 35

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(6)

図9 海水取水配管

5.3 製鉄
熱間圧延工程で鉄の表面に生成される酸化被膜を除去する酸洗設備では、塩酸による酸洗いが行われる。酸洗速度を高めるため高温の塩酸を使用することから、塩酸循環配管と塩酸ヒュームダクトは強い腐食環境になるため、FRP管が使用されている。また、酸洗後の塩化鉄水溶液を回収して塩酸に再生する塩酸回収設備の配管や廃液配管にもFRP管が多く使用されている。前述の通り酸洗設備の塩酸は強酸で温度

図10 温泉引湯配管が高く、強い腐食環境で使用されるため、通常のFW管ではなく、腐食性能や耐熱性を高めたフジパイプ

廃熱利用でのFRP管の適用が期待されている。

が使用されている。サイズは50A ～ 300Aの配管が主に使用されている。
5.4 温泉6．FRP管の劣化診断(5)
社団法人強化プラスチック協会は2003年12月に発温泉地のFRP管は、主に源泉井戸内に設置される生した35%塩酸タンク屋根の陥没事故を受け、「FRP揚湯管、源泉から温泉利用地までの引湯管(図10)、耐食タンクの取扱いご周知方徹底の御願いについて」

温泉利用地内の各施設への配湯管に使用されている。と題し2004年2月および「続報」として同年4月に通温泉地により泉質や温度が異なる為、必要に応じて達を出している。

特殊な樹脂や繊維強化材を使用している。

また、「強化プラスチック製耐食機器に関する性引湯管、配湯管としてのフジパイプは1958年ごろ能検査指針(FRPS C003)」で、損傷や劣化程度を等級から主要温泉地を初め全国各地で使用されてきた。

１～等級４に区分し、等級３～等級４では補修、交昭和後期から平成にかけ、観光、地域振興のため各換などの指針を設けている。

地方自治体による源泉開発が進み、湧出する温泉利こうした背景からFRP管のユーザより更新の相談用のための配湯設備が多数建設されてきた。最近のや劣化診断の依頼が増加している。

動向では、全国の主要温泉地に納入された温泉配管

6.1 FRP材料の劣化（腐食）形態(6)は最長で50年が経過し、温泉管の運用状況にもよる

FRP管に使用される熱硬化性樹脂の酸・アルカリが、およそ30 ～ 40年をめどに各温泉地で更新計画が水溶液環境下における腐食は、均一腐食と呼ばれる進められようとしている。

ような全面で均一の減肉あるいは均一厚さの変色し近年では、新しい温泉利用として温泉熱発電や温た劣化層の形成を伴ったものが一般的である。こう泉廃湯熱利用が進められており、温泉地での発電やいった均一腐食は、図11に示す3形態に大別される。

36 配管技術研究協会誌 2022． 春 ・ 夏季号．

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(7)
表面から分解反応生成物が溶出し、一様な減肉のよわれているFRP管に関する劣化診断の概略を表5に示

うな腐食形態を「表面反応型」と呼び、硝酸などはす。

この形態が多い。また、腐食生成物が不溶のまま樹脂表面に残り、通常は色や質感の異なる変色層とし6.3 劣化診断の項目(1)外観観察て認められるような腐食形態を「腐食層形成型」と外観観察は、FRP管を目視で観察し、FRPSC003の呼び、アルカリ水溶液環境下ではこのような腐食形損傷等級（等級１～等級４）で判定される。より正態となる。一方、はじめのうちは環境液の浸入は認確な観察を行う為には、タンクや配管の接液面の観められるものの、いわゆる物理的劣化のみで、ある察が必要になる。損傷等級について次に示す。

程度時間が経過した後に強度の低下を示すことがあ

等級1：引き続き使用しても差し支えない。

る。これを「全面浸入型」と呼び、純水や硫酸などがこの腐食形態である場合が多い。

等級2：引き続き使用しても差し支えないが、1年（又は半年）後に劣化の進行度合いを再検査する。
等級3：損傷部を部分補修後、再使用する。
等級4：使用を停止し、全面的補修又は取り替えを行う。
(2)バーコル硬さ
バーコル硬さは、FRP管の表面に小さな針を押し込むことにより、FRP表面の硬さを測定する方法である(図12)。硬さが残存していれば、針はFRP表面に差し込まれず測定値は高い値を示す。劣化などにより

図11 樹脂の均一腐食3形態の模式図

固さが減少していれば、針はFRP表面に深く差し込まれ測定値は小さい値を示す。

6.2 劣化診断の概要
FRP管は使用する流体の種類、温度、期間等の環境により多種多様の腐食形態をとる為、FRP管の保守は、定期的な数種類の診断を行い総合的に判断される。
劣化診断は、主にFRP管の目視検査と硬度測定であるが、必要に応じ配管から材料を切り出し、物性値の低下率から劣化の進行度合いを確認する事も実施されている。また、最近では非破壊検査方法として超音波探傷試験や赤外線カメラによる計測など新しい検査方法が検討されている。現在、一般的に行表5
場

現

FRP管の劣化診断の概略
所

項目

方外観観察

目視で管内外面を検査し、FRPSC003に基づき損傷の形態を損傷等級で表す。

バーコル硬さバーコル硬さ測定器を使用しFRP
表面の硬さを測定

物性試験

材料の一部を切り出し、材料の残存強度を測定

断面観察

材料の一部を切り出し、断面観察により変色、亀裂深さを確認

地試験場

図12 バーコル硬さ計法(3)物性試験
劣化診断での物性試験は、FRP管の初期値に対する残存強度を計測する試験である。一般的な試験方法は、FRP管から切出した試験片(図13)による曲げ試
験である(図14)。

配管技術研究協会誌 2022． 春 ・ 夏季号． 37

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繊維強化プラスチック（FRP）管のつくり方について…(8)詳細に観察する(図15)。劣化診断は、これらを総合的に評価して判断される。

7．おわりにFRP管は、日本国内に導入されてから60年以上経過し、市場は成熟期を迎えている。その間、重厚長大の高度経済成長を支え、化学、電力、製鉄、製紙等の産業の大いなる発展に寄与してきた。今後は更新時期に近づいたFRP配管の劣化診断の相談、および更新需要の拡大が予測される。また、成長が大きい
図13 試験片の切出し

アジア市場でのエネルギー開発、プラント建設の増加に伴い、世界のFRP管の需要は更に拡大するものと期待される。日本のFRP管が世界で活躍するため、更なる低コスト化、品質の高度化が進むことを期待する。また、本稿がFRP管の特長や使用される環境等をご理解いただき、採用検討していただくためのご参考になれば幸甚である。

図14 曲げ試験の状況(4)断面観察〈参考文献〉(1)富士化工カタログ フジパイプ7000シリーズ
富士化工カタログ フジFWパイプ(2)強化プラスチック協会：FRP60年の歩み(3)JISK7013 繊維強化プラスチック管(4)JISK7014 繊維強化プラスチック管継手(5)FRPS-C-003 強化プラスチック製耐食機器に関する性能検査指針(6)久保内：材料と環境Vol.51-12 P542(2002)

FRP管は、厚さが確保されていても、薬品等が浸透し変色が発生している可能性がある。また、FRP管に発生する膨れや微細な亀裂は現地観察では発見することが困難である。観察したい部位を切り出し、断面観察によって変色の有無や膨れ、亀裂の深さを渡邉 光章

図15 試験片の断面（上側：液浸透）【筆者紹介】

富士化工株式会社 技術本部 開発部長
〒416-0937 静岡県富士市前田90番地
TEL：0545-61-1372

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