JP6920792B2 - 耐剥離性に優れた端部形状を有する3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造方法 - Google Patents

耐剥離性に優れた端部形状を有する3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造方法 Download PDF

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石油・ガス等のエネルギー輸送に用いられるラインパイプの防食用外面被覆には通常ポリオレフィン樹脂被覆鋼管が使用されるが、本発明は、この耐剥離性に優れた端部形状を有する3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管に関する。
ラインパイプに用いられる外面ポリオレフィン樹脂被覆鋼管において、長期の防食性と施工時の耐疵性が要求される場合には3層被覆鋼管が用いられる。その構成は防食性の高いエポキシ樹脂プライマー層、接着剤層、ポリオレフィン樹脂層からなる3層構造である。被覆されるポリオレフィン樹脂には、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂があるが、安価で信頼性が高いことから、一般的にはポリエチレン樹脂が、高温用や耐疵性が要求される場合にはポリプロピレン樹脂が使用される。これらの3層被覆鋼管は被覆工場で生産され、現地で溶接接合を行う。
通常、外面被覆は、現地での溶接接合時の熱影響による被覆の劣化を考慮して、管端部の被覆を除去しておくため、管端部は鋼材が露出した状態で出荷される。ラインパイプで一般的な3層ポリオレフィン樹脂被覆に行われている鋼管端部の形状を図1に示す。鋼管被覆の一番弱い部分は、当該端部であり、ここから水分が侵入し被覆の剥離を発生させる場合がある。
そこで、端部の応力を小さくするために、図1に示すように被覆端部を斜めの形状にする事が一般的に行われている。特許文献1では、この斜めの形状を形成するための加工装置が示されており、特許文献2では、斜めの形状をワイヤーブラシで形成するために曲面形状が示されている。
この斜めの形状は、現場溶接接合後に鋼材が露出した部分を架橋ポリエチレンスリーブ(収縮スリーブ)で防食する際に該スリーブと鋼管被覆端部とのなじみを良くし、埋設後の地中の水侵入を防止する働きがある。この関係を図2に示す。
しかしながら、上記対策を持ってしても長期の埋設時には完全に水の侵入を防ぐことはできない。そこで、該スリーブと鋼管被覆端部の接着性をさらに向上させて水の侵入を防止する方法として、鋼管被覆端部にポリオレフィンプライマーを塗布することが特許文献3に提案されている。しかしこの方法は、現場での工程が増える問題がある。
実開平3−7415号公報 特開平3−121770号公報 特開平2−255293号公報
鋼管被覆の最も弱い部分は端面であり、端面の部分に水が侵入し鋼面が腐食すると被覆が剥離していく。従って、水の侵入を完全に防止する手段があればこの問題は解決するが、水の分子は小さく、ラインパイプのように数十年間の長期に渡って供用されるインフラにあっては、水の侵入を完全に防ぐことは困難である。
従って、この水の侵入を出来るだけ小さくし、被覆の剥離に至らしめない技術の開発が要望されている。
すなわち、本発明に関する要旨は次の通りである。
(1)鋼管表面からエポキシ樹脂プライマー層、ポリオレフィン接着剤層、ポリオレフィン層が順次積層されたポリオレフィン被覆鋼管において、当該被覆端部のポリオレフィン接着剤層、ポリオレフィン層が鋼管表面と角度45度以下に形成され、当該端部から外側にエポキシ樹脂プライマー層のみ5mm以上塗り残されていることを特徴とする耐剥離性に優れた端部形状を有するポリオレフィン被覆鋼管。
(2)エポキシ樹脂プライマー層が粉体塗料を用いて形成され、その厚みが150〜600μmであることを特徴とする上記(1)に記載の耐剥離性に優れた端部形状を有するポリオレフィン被覆鋼管。
(3)ポリオレフィン被覆が形成されたのち、その端部をまず切削刃によってポリオレフィン接着剤層、ポリオレフィン層を鋼管表面と角度45度以下に形成し、しかるのちにスチールブラシによってエポキシ樹脂プライマー層を5mm以上塗り残すように整えることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の耐剥離性に優れた端部形状を有するポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
次に、上記本発明の要旨について、その内容を記載する。
3層ポリオレフィン被覆鋼管の管端部の形状を検討した結果、ポリオレフィン被覆の端部よりプライマー部分をはみ出させて長くする事がもっとも簡便で効果が大きい事が分かった。概略を図3に示す。当該プライマー部をはみ出させて5mm上長くする(延長する)事によって、被覆の端部いわゆる鋼面と被覆の端部がプライマー部の端にまで移動する結果、鋼面に水が侵入したとしても剥離するのは当該プライマー部のみであり、被覆の剥離には至らないこととなり、長期の耐久性を有する3層ポリオレフィン被覆を得ることが出来る。
また、延長されたプライマー部には上層のポリオレフィン被覆層がないため、当該層の収縮応力が働かず剥離が起こりにくくなる。
さらに、副次的効果として、現場でポリオレフィン被覆鋼管を溶接後に防食の目的で溶接部分を収縮スリーブで被覆するが、該スリーブと延長されたプライマー部との接着性が向上し、供用中の鋼管被覆への水の侵入をなお一層防止することができる。(図4)
なお、現場でプライマーを塗布すれば一見同様の効果が得られるように考えられるが、ポリオレフィン被覆時に塗布されたプライマー層と現場で塗布したプライマー層とは完全には一体にならないため長年月の間に両層間が剥離し、ここに水が侵入することによって被覆の剥離が発生する可能性がある。
延長するプライマーのみの部分には高い防食性と耐加工性が要求されるため、無機顔料が20重量%以上添加され、加熱硬化後のガラス転移温度が95℃以上になるように樹脂成分を調整した粉体状のエポキシ樹脂を塗布して加熱硬化させ、150〜600μmの膜厚となるようにする。
なお、非晶質の固体(例えば、ポリオレフィン樹脂)を加熱した場合、低温では結晶なみに硬く(剛性が大きく)流動性がなかった固体が、ある狭い範囲で急速に剛性と粘度が低下し流動性が増す。このような温度をガラス転移温度という。従って、ガラス転移温度が高いポリオレフィン樹脂ほど、低温(常温)では硬い樹脂となる。
このようにして、無機顔料とガラス転移温度の高温化によって塗膜硬度が確保されることから、上層のポリオレフィン被覆のみを除去するのが容易となる。また、150μm以上の膜厚とすることで、加工後でもピンホールが発生しない膜厚を残存させることが可能で、防食性確保に有効となる。
次に、本発明の被覆鋼管の端部の形成方法について説明する。通常、樹脂被覆鋼管の被覆端部は溶接の熱影響を避けるために、管端部から100mm以上カットし溶接熱影響が被覆に及ばない用に鋼材露出部を設ける。この時、管端被覆端部には在る程度の斜めの形状(テーパー)加工が行われる。
本発明の3層被覆鋼管では管端部の被覆に切削あるいはブラシ加工を行って、45度以下のテーパー形状のポリオレフィン被覆部とそのテーパー端の延長に5〜50mmのエポキシ樹脂のプライマー層のみを残存させ、プライマー層から鋼管端部までは鋼材を露出させた加工を行う。3層の積層のうちプライマー1層のみを残す加工を行うため、最下層のエポキシ樹脂プライマーには厚みと耐切削・耐ブラシ加工性が必要となる。このため、加工に耐える厚み確保が容易な粉体エポキシ樹脂を塗装する。また、塗料としては、顔料を20重量%以上含有し、硬化後のガラス転移温度が95℃以上の粉体エポキシ樹脂を用いる。このときのプライマー層の厚みは150〜600μmとする。
本発明の粉体エポキシ樹脂を用いた3層ポリオレフィン被覆鋼管において、鋼管の被覆両管端部に所定のテーパー加工とプライマー層のみを残存させる加工とを行う処理を行うことにより、現地溶接継ぎ手部の防食性を向上させる(図4)とともに、置き場保管中における被覆端部からの剥離を防止することが出来る。
図1は一般的な3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の端部構造を示す断面図である。 図2は一般的な3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の被覆端部構造を用いた場合に現地溶接後の防食に接着剤付きの収縮スリーブを用いた場合の断面図の一例。 図3は本発明の3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の端部構造を示す断面図である。 図4は本発明の3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の被覆端部構造を用いた場合に現地溶接後の防食に接着剤付きの収縮スリーブを用いた場合の断面図の一例。 図5は本発明の被覆端部形状を形成する方法の工程模式図で、切削工具を用いてプライマー以外の被覆を除去するとともにテーパー加工を行う方法。 図6は鋼管露出部を作成するために、回転ワイヤーブラシを用いて除去する方法の模式図。
以下、本発明につき詳細に説明を行なう。
本発明の3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管本体部分の被覆は既存の方法によって鋼管1の外面にプライマー層5、接着剤層3、ポリオレフィン樹脂層4の順に3層に形成される。
被覆に使用する鋼管に特に制限は無く、普通鋼、あるいは高合金鋼など、どのような鋼種でも適用可能である。また、サイズ、厚みの制約は設備に起因するのみである。鋼管は油等の付着がある場合は事前に除去した後に鋼管表面の錆や汚れを除去し、接着に必要な粗度を確保するためにブラスト処理を行う。ブラスト処理に用いる研掃材としては、一般的には鋼製グリッド・ショット粒を用いる。更に清浄な表面が要求される場合には、アルミナ等のセラミック素材を用いても良い。ブラスト処理後の表面に、鉄粉等の汚れが付着している場合、ブラシ、吸引、液体による洗浄等の処理を行うことができる。
次に、洗浄処理、あるいは化成処理を行う。化成処理はリン酸やその他の処理を使用する事が出来るが、特に高い防食性能が要求される場合には、例えば日本パーカーライジング社製のパルクロム100などを用いて塗布型クロメート化成処理を行っても良い。
次に、エポキシ樹脂プライマー層について説明する。プライマー層5には本発明の管端被覆構造を得るのに必要な150μm以上の膜厚と加工に対する耐切削性・耐ブラシ加工性が必要である。従来使用されているような液体タイプでは耐切削性・耐ブラシ加工性向上のために無機顔料を多く入れた場合、沈降や粘度の問題が生じる。また、厚膜塗装が難しいこともあって、厚膜塗装が可能な粉体エポキシ樹脂を加熱した鋼管に静電粉体塗装して形成する。
粉体エポキシ樹脂塗料はビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を単独、もしくは混合し、更に多官能性のフェノールノボラック型エポキシ樹脂やハロゲン化エポキシ樹脂を組み合わせたものに、フェノール系、アミン系、イミダゾール化合物、ジシアンジアミドといった硬化剤を添加して調整されているものが用いられるが、本発明で必要とされる特性としては切削、あるいはブラシ加工時の膜の耐久性である。そのため、粉体エポキシ樹脂紛体塗料としては無機顔料を20〜50重量%配合する。
無機顔料はシリカ、酸化チタン、ウォラストナイト、マイカ、タルク、カオリン、酸化クロム、ホウ酸亜鉛、燐酸亜鉛等の顔料、もしくは亜鉛、Al等の金属粉、あるいはセラミック粉等を適宜用いることができる。また、膜の硬度は耐切削性・耐ブラシ加工性には重要であるから、塗膜の硬度を上げるために高いガラス転移温度を持った材料を使用する。具体的にはガラス転移温度としては95℃以上になることが好ましい。
粉体エポキシ樹脂塗料は、国内では日本ペイント株式会社、もしくは関西ペイント株式会社から入手可能で、本発明に該当するものを選択して用いる。プライマー層の厚みは150μm以上であれば良いが、厚みが厚くなりすぎると塗膜の内部応力が増加し、昼夜又は季節の移り変わりによる冷熱繰り返しで応力が加わる場合、特に屋外での曝露で剥離し易くなることから150〜600μmが適切である。
粉体エポキシ樹脂プライマー層5を形成後に、変性ポリオレフィン樹脂接着剤層3を介してポリオレフィン樹脂層4を積層する。変性ポリオレフィン樹脂接着剤は、ポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸で変性したもの、あるいはポリオレフィンと無水マレイン酸との共重合体、ポリオレフィンとアクリル酸エステルと、無水マレイン酸との共重合体を用いることができる。
変性ポリオレフィン樹脂接着剤は、粉体あるいはペレットで供給される。ポリエチレン被覆に使用する接着剤としては、例えば三井化学社製のNE060,NE065,NE080、BOREALIS社製のBorcoat ME0420、Lyondell Basell社製のLucalen G3710E等が使用できる。ペレットの場合、接着剤押出機を用いて加熱溶融した樹脂を、Tダイスを用いてプライマー塗布後の鋼管外面に被覆する。中小径鋼管では丸ダイスを用いる場合もある。その他の方法としては、変性ポリオレフィン樹脂接着剤を粉砕して粉体化し、この粉体を塗布する方法もある。これらの方法により、0.1〜0.4mmの接着剤層を形成する。
変性ポリオレフィン接着剤層3の上に被覆するポリオレフィン樹脂は、鋼管被覆用として市販されているものを使用することができる。代表的なポリオレフィンはポリエチレンであり、その他には高温用にポリプロピレンが用いられる。ポリエチレン樹脂としては鋼管被覆用に用いられる銘柄を使用することができる。例えば、国内では日本ポリエチレン社製のNOVATEC ER002S、海外では BOREALIS社製のBorcoat HE3450、Lyondell Basell社製のLupolen 4552Dなどの、鋼管被覆に要求される長期耐久性を有し、カーボンブラックを添加したものが使用可能である。
ポリプロピレン樹脂としては一般的にはホモポリマーよりも低温特性に優れる共重合体が使用され、耐熱性と耐候性対策として、着色顔料、充填強化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系の耐候剤等が添加されたもので、低温靭性と高温使用での耐酸化劣化性を兼ね備えたものであることが好ましい。ポリプロピレン樹脂での着色顔料としてカーボンブラックを用いると、高温で酸化防止剤の効果が消失するため、高性能の被覆鋼管品では用いられない。このため、着色顔料の色としては白色が一般的である。ポリプロピレン樹脂は、例えば国内では日本ポリプロピレンのTX1843B、海外ではBOREALIS社製のBorcoat BB108E-1199、LyondellBasell社製のMoplen Coat EP60R/BIANCOといった鋼管被覆用の樹脂が使用出来る。
ポリオレフィン樹脂層4は取り扱い時の疵発生を抑制するため、通常2mm以上被覆される。ポリオレフィン樹脂層は厚い程、耐疵性と防食性に優れるが、厚膜になると内部応力が大きくなるため、6mm以下が望ましい。
以下に図3に示す本発明のテーパー形状を有する管端被覆部と、その延長にプライマー層5を有する管端部構造の形成方法の一例を述べる。3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管を製造した後、図5に示すように鋼管を回転させながら、ポリオレフィン被覆部が斜め(テーパー)になるような角度を持ち、かつ、プライマーと接着剤の界面を切削可能とするために鋼管に対して平行な形状の切削刃8を、表面から内部に押し込んで切削加工を実施する。これにより、ポリオレフィン樹脂被覆部には45度以下の一定の角度を有するテーパー断面を形成し、且つプライマーのみを残す加工が可能である。
次いで、図6に示すように回転ワイヤーブラシ9によって被覆を完全に削りとって、管端部から100mm以上の鋼管露出部(カットバック)を形成する。一般的なカットバックの場合、150mmを確保する。最後に図3で形成した延長部のプライマー層の上に接着剤が残存していると現地防食との接着性を阻害するので、必要に応じて、プライマー面をワイヤーブラシ等で研磨して残存接着剤をはぎ取って仕上げる。
プライマー単層部分はパイプラインの供用中に水の侵入がポリオレフィン被覆部まで到達しない距離があれば良く、最低でも5mmの延長が必要である。また最大長さに特に制約は無いが、長すぎると加工が困難であることと、カットバック距離との関係にもよるが被覆端部の鋼材露出部を標準の150mmとすると、プライマーを50mm以上延長すると現地溶接時に溶接の熱影響を受けやすい100mm以内(溶接部からの距離)となってしまうことから50mmまでとし、5〜50mmを適切な範囲とした。
〔実施例1〜5〕
以下、本発明のポリオレフィンにポリエチレンを使用し、テーパー角度、プライマーの塗装厚みを変えた実施例1〜5を具体的に説明する。
鋼管は200AのJIS G3452の配管用炭素鋼管5.5m長を用いた。鋼管外面にIKK社製のTGD−70番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を行って汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管を加熱装置で220℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー(BASEPOX PE50-1081、Arsonsisi社製、顔料添加量27%、ガラス転移温度102℃)を、本発明の膜厚範囲である150〜600μmで静電粉体塗装を実施した後にポリエチレン接着剤として三井化学社製のNE065のペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。次いで、ポリエチレン被覆には日本ポリエチレン社製のNOVATEC ER002Sのペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。接着剤膜厚は0.2mm、ポリエチレン樹脂被覆は3mmになるように調整した。被覆後、水冷を行って3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。テーパー加工の角度は本発明の範囲となる30度と45度の角度を選定した。この時、ポリエチレン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を20mmの長さで残存させた。プライマー単層部分についてはワイヤーブラシで表面のみを更に研削し、接着剤が表面に残存しないように仕上げ、実施例1〜5を製造した。
〔実施例6〜8〕
以下、本発明のポリオレフィンにポリプロピレンを使い、プライマー延長部の長さを変えた場合の実施例6〜8を具体的に説明する。
鋼管は200AのJIS G3452の配管用炭素鋼管5.5m長を用いた。鋼管外面にIKK社製のTGD−70番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を行って汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管を加熱装置で220℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー(Scotchkote 226N+、3M社製、顔料添加量44%、ガラス転移温度106℃)を、本発明の膜厚範囲である300μmで静電粉体塗装を実施した後に接着剤として三菱化学のAP−P501のペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。次いで、ポリプロピレン被覆には日本ポリプロピレンのTX1843Bのペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。接着剤膜厚は0.2mm、ポリプロピレン樹脂被覆は3mmになるように調整した。被覆後、水冷を行って3層ポリプロピレン樹脂被覆鋼管を製造した。
作製した3層ポリプロピレン樹脂被覆鋼管を回転させ、角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。テーパー加工の角度は本発明の範囲となる45度の角度を選定した。この時、ポリプロピレン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を調整して本発明の範囲である5〜50mm長さで残存させた。プライマー単層部分についてはワイヤーブラシで表面のみを更に研削し、接着剤が表面に残存しないように仕上げ、実施例6〜8を製造した。
〔比較例1〜3〕
以下、本発明のポリオレフィンにポリエチレンを使用し、テーパーの無い場合を比較例1、プライマー単層部が無いか又は小さい場合を比較例2及び3として具体的に説明する。
鋼管は200AのJIS G3452の配管用炭素鋼管5.5m長を用いた。鋼管外面にIKK社製のTGD−70番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後。鋼管の表面洗浄処理を行って汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管を加熱装置で220℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー(BASEPOX PE50-1081、Arsonsisi社製、顔料添加量27%、ガラス転移温度102℃)を、本発明の膜厚範囲である150μmで静電粉体塗装を実施した後にポリエチレン接着剤として三井化学社製のNE065のペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。次いで、ポリエチレン被覆には日本ポリエチレン社製のNOVATEC ER002Sのペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。接着剤膜厚は0.2mm、ポリエチレン樹脂被覆は3mmになるように調整した。被覆後、水冷を行って3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
〔比較例1〕
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、90度の角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃による加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。この時、ポリエチレン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を5mmの長さで残存させた。プライマー単層部分についてはワイヤーブラシで表面のみを更に研削し、接着剤が表面に残存しないように仕上げ、比較例1を製造した。
〔比較例2〕
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、45度の角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。テーパー加工の角度は本発明の範囲となる45度の角度を選定した。この時、ポリエチレン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を残さない(0mm)ようにして比較例2を製造した。
〔比較例3〕
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、45度の角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。この時、ポリエチレン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を2mmの長さで残存させて比較例3を製造した。
〔比較例4〕
以下、本発明のポリオレフィンにポリエチレンを使用し、プライマー部分の厚みが異なる場合として具体的に説明する。
鋼管は200AのJIS G3452の配管用炭素鋼管5.5m長を用いた。鋼管外面にIKK社製のTGD−70番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を行って汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管を加熱装置で220℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー(BASEPOX PE50-1081、Arsonsisi社製、顔料添加量27%、ガラス転移温度102℃)を、本発明の膜厚範囲から外れる100μmで静電粉体塗装を実施した後にポリエチレン接着剤として三井化学社製のNE065のペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。次いで、ポリエチレン被覆には日本ポリエチレン社製のNOVATEC ER002Sのペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。接着剤膜厚は0.2mm、ポリエチレン樹脂被覆は3mmになるように調整した。被覆後、水冷を行って3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、45度の角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。この時、ポリオレフィン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を4mmの長さで残存させて比較例4を製造した。
〔比較例5〕
以下、本発明のポリオレフィンにポリエチレンを使用し、プライマー部分のガラス転移温度が不足した場合として具体的に説明する。
鋼管は200AのJIS G3452の配管用炭素鋼管5.5m長を用いた。鋼管外面にIKK社製のTGD−70番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を行って汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管を加熱装置で220℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー(国内試作品、顔料添加量25%、ガラス転移温度91℃)を、本発明の膜厚範囲の150μmで静電粉体塗装を実施した後にポリエチレン接着剤として三井化学社製のNE065のペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。次いで、ポリエチレン被覆には日本ポリエチレン社製のNOVATEC ER002Sのペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。接着剤膜厚は0.2mm、ポリエチレン樹脂被覆は3mmになるように調整した。被覆後、水冷を行って3層ポリエチエン樹脂被覆鋼管を製造した。
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、45度の角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。この時、ポリエチレン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を4mmの長さで残存させて比較例5を製造した。
〔比較例6〕
以下、本発明のポリオレフィンにポリエチレンを使用し、プライマー部分の無機顔料の添加が不足した場合として具体的に説明する。
鋼管は200AのJIS G3452の配管用炭素鋼管5.5m長を用いた。鋼管外面にIKK社製のTGD−70番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を行って汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管を加熱装置で220℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー(国内試作品、顔料添加量11%、ガラス転移温度101℃)を、本発明の膜厚範囲の150μmで静電粉体塗装を実施した後にポリエチレン接着剤として三井化学社製のNE065のペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。次いで、ポリエチレン被覆には日本ポリエチレン社製のNOVATEC ER002Sのペレットを押出機とTダイスを用いてシート状の半溶融状態に成形して巻き付け被覆を行った。接着剤膜厚は0.2mm、ポリエチレン樹脂被覆は3mmになるように調整した。被覆後、水冷を行って3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
作製した3層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を回転させ、45度の角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によってテーパー加工と、延長プライマー層を形成するための接着剤とポリエチレン樹脂被覆の切削加工とを同時に行った。この時、ポリオレフィン樹脂の被覆端部は鋼管の端部から150mmの位置になるように調整した。その後ワイヤーブラシを用いて鋼管端部から被覆を削り取って鋼面を露出させ、プライマー単層部分を4mmの長さで残存させて比較例6を製造した。
〔実施例、比較例の性能試験結果〕
前記方法で製造した実施例及び比較例の、鋼管の端部仕様の違いと腐食による耐剥離性との関係を確認するため、管端部から500mm長さで切断して屋外に1年間曝露した後、ポリオレフィン被覆端部から被覆をはつって、円周上の8点の剥離長さを測定して平均剥離長さを求めた。
また、現地防食被覆における防食性を評価するため、同様に管端部から500mm長さに鋼管を切断後、これらの鋼管を円周溶接し接合した。その後、現地防食収縮スリーブの内層6、現地防食収縮スリーブの外層7からなるポリエチレン樹脂製収縮スリーブにて現地防食被覆を実施し、腐食評価用の模擬現地継ぎ手部を作製した。現地継ぎ手部の防食性については、促進試験として80℃の塩水に90日間試験体を浸漬した後、継ぎ手部の現地防食被覆を除去しさらに上記と同様にポリオレフィン被覆端部から被覆をはつって、円周上の8点の剥離長さを測定して平均剥離長さを求めた。
上記試験結果について実施例、比較例を表1にまとめた。
表1の本発明の実施例の結果からも明らかな様に、ポリオレフィン被覆にテーパー形状加工を行い、その先端にプライマー層のみを残存させた本発明では、被覆の端部の剥離応力が小さいだけで無く、腐食剥離も残存プライマーによって抑制されることから、屋外に1年間曝露しても剥離を生じない。更に、現地防食が2層被覆であっても、プライマーが残存することによって3層となる部分が円周状の両端に出来ることから、腐食因子である水やイオンが鋼材と現地被覆の接着界面に到達しづらいため、促進試験においてもポリオレフィン被覆の端部剥離が発生しなかった。
一方、ポリオレフィン被覆端部がテーパー形状を有しない比較例1の場合には、剥離応力が端部に集中することと、現地防食が角部に十分になじまないといった問題から、防食性に問題が生じる。比較例2及び3のように、本発明に必要なプライマー残存長さが不十分であった場合、屋外曝露では腐食剥離、現地防食では管端シール効果が不十分となって剥離が生じる。
また比較例4〜6の様にプライマーに必要な膜厚や、加工による耐切削性・耐ブラシ加工性(ガラス転移温度及び無機顔料添加量)等が不足すると、プライマー残存部の防食性が低下し、結果としてポリオレフィン被覆の端部剥離が発生する。
以上の結果からも明らかなように、3層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管において既存のカットバックとテーパーのみによる端部の被覆仕様では、置き場曝露と、現地被覆を行った後の防食性が十分では無かった。これに対して、本発明のプライマー部を残存させる加工を行う被覆の端部仕様では、屋外曝露で問題となる冷熱繰り返しによる剥離応力が小さく、防食性の高いプライマー部が延長被覆されていることから、曝露によってポリオレフィン被覆端部の剥離が開始する事が無く、更に現地防食においてはシール効果が高いために現地防食部の防食性を大きく向上させることが可能である。
Figure 0006920792
1 鋼管
2 プライマー層
3 接着剤層
4 ポリオレフィン樹脂層
5 延長被覆された粉体エポキシ樹脂塗装によるプライマー層
6 現地防食収縮スリーブの内層
7 現地防食収縮スリーブの外層
8 被覆端部のテーパー加工とプライマー残存部上の被覆を切削除去する形状の切削刃
9 回転ワイヤーブラシ

Claims (1)

  1. 鋼管表面から、厚みが150〜600μmの粉体エポキシ樹脂プライマー層、ポリオレフィン接着剤層、ポリオレフィン層が順次積層されたポリオレフィン被覆鋼管において、前記粉体エポキシ樹脂プライマー層にはプライマー(100重量%)中に無機顔料が20〜50重量%配合され、かつ粉体エポキシ樹脂の加熱硬化後のガラス転移温度が95℃以上であるポリオレフィン被覆鋼管において、ポリオレフィン被覆が形成されたのち、その端部を、角度を持った刃と鋼管に平行な刃を兼ね備えた切削刃によって、プライマー層をそのまま残して、ポリオレフィン接着剤層及びポリオレフィン層の2層を鋼管表面と角度45度以下に形成し、しかるのちに残った粉体エポキシ樹脂プライマー層をスチールブラシによって5mm以上の長さに整えることを特徴とする耐剥離性に優れた端部形状を有するポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
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