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
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Description
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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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