| 【発明の名称】 |
エレクトロフュージョンパイプおよび継手 |
| 【発明者】 |
【氏名】西村 勝成
【氏名】好村 福浩
【氏名】山本 輝昭
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| 【要約】 |
【課題】低コストで耐圧性その他の特性に優れ、かつエレクトロフュージョン可能なポリエチレン製のエレクトロフュージョンパイプ、およびこれをエレクトロフュージョンにより接続するための低コストで耐圧性に優れたポリエチレン製のエレクトロフュージョン継手を得る。
【解決手段】エレクトロフュージョンパイプ１の内層２またはエレクトロフュージョン継手５の外層６として密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの中高密度ポリエチレン層と、エレクトロフュージョンパイプ１の外層３またはエレクトロフュージョン継手５の内層７として密度０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの低中密度ポリエチレン層とが一体的に積層されたエレクトロフュージョンパイプおよび継手。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの中高密度ポリエチレンからなる内層と、密度０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの低中密度ポリエチレンからなる外層とが一体的に積層され、かつ内層の密度が外層の密度よりも０．０３ｇ／ｃｍ3以上大きいことを特徴とするエレクトロフュージョンパイプ。
【請求項２】 請求項１記載のエレクトロフュージョンパイプをエレクトロフュージョンにより接続するための継手であって、密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの中高密度ポリエチレンからなる外層と、密度０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの低中密度ポリエチレンからなる内層とが一体的に積層され、外層の密度が内層の密度よりも０．０３ｇ／ｃｍ3以上大きく、内層内またはその付近に電熱線が配置されていることを特徴とするエレクトロフュージョン継手。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエレクトロフュージョンにより接続するためのエレクトロフュージョンパイプおよび継手に関し、特にポリエチレンを用いた耐圧性のエレクトロフュージョンパイプおよび継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】給水管、ガス管等のパイプとして耐食性、可撓性等の面からポリエチレン製のパイプが使用されている。このようなパイプはエレクトロフュージョン継手により接続できるように、低中密度ポリエチレン製のパイプが一般に使用されている。
【０００３】このようなポリエチレン製のパイプは、耐圧性が十分ではないこと、ならびに耐熱強度が十分でないことなどの理由で、給湯管等の耐圧、耐熱強度が要求される用途には、架橋ポリエチレンと非架橋ポリエチレンとを積層した積層材がパイプおよびエレクトロフュージョン継手として使用されている（例えば特開平１−２２９１９６号）。
【０００４】このような積層材からなるパイプは内側に架橋ポリエチレンを積層して耐圧性および耐熱強度をもたせ、外側に非架橋ポリエチレンを積層してエレクトロフュージョンによる溶着性をもたせている。エレクトロフュージョン継手は外側に架橋ポリエチレン、内側に非架橋ポリエチレンを積層して耐圧性、耐熱強度および溶着性をもたせている。
【０００５】ところが架橋ポリエチレンとしては一般にシラン架橋が採用されており、架橋性基を導入するとともに、架橋反応工程を経る必要があり、コスト高になるため、低コストの耐圧性に優れたエレクトロフュージョン可能なパイプおよび継手が要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、低コストで耐圧性その他の特性に優れ、かつエレクトロフュージョン可能なポリエチレン製のエレクトロフュージョンパイプ、およびこれをエレクトロフュージョンにより接続するための低コストで耐圧性に優れたポリエチレン製のエレクトロフュージョン継手を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は次のエレクトロフュージョンパイプおよび継手である。
（１） 密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの中高密度ポリエチレンからなる内層と、密度０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの低中密度ポリエチレンからなる外層とが一体的に積層され、かつ内層の密度が外層の密度よりも０．０３ｇ／ｃｍ3以上大きいことを特徴とするエレクトロフュージョンパイプ。
（２） 上記（１）記載のエレクトロフュージョンパイプをエレクトロフュージョンにより接続するための継手であって、密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの中高密度ポリエチレンからなる外層と、 密度０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎの低中密度ポリエチレンからなる内層とが一体的に積層され、外層の密度が内層の密度よりも０．０３ｇ／ｃｍ3以上大きく、内層内またはその付近に電熱線が配置されていることを特徴とするエレクトロフュージョン継手。
【０００８】本発明においてＭＦＲはＡＳＴＭ Ｄ１２３８（Ｅ）により温度１９０℃、荷重２．１６ｋｇｆで測定されたメルトフローレート（melt flow rate）である。
【０００９】本発明で用いる中高密度ポリエチレンは密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．９４５〜０．９６ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎ、好ましくは０．０５〜０．５ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンである。また低中密度ポリエチレンは０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．９２５〜０．９４ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ ０．０１〜２ｇ／１０ｍｉｎ、好ましくは０．０５〜０．５ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンである。中高密度ポリエチレンは低中密度ポリエチレンよりも密度が０．０３ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．０５ｇ／ｃｍ3以上大きいものを用いる。
【００１０】これらのポリエチレンはエチレン単独重合体のほかに、エチレンと炭素数３〜２０、好ましくは３〜８の他のα−オレフィンとの共重合体も使用できる。他のα−オレフィンとしては、例えばプロピレン、１−ブテン、３−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセンなどがあげられる。これらは１種または２種以上を用いることができる。
【００１１】他のα−オレフィンの含有量は通常３０モル％以下、好ましくは１０モル％以下のものが好ましい。ポリエチレン樹脂の具体的なものとしては、例えばポリエチレンホモポリマー、エチレン・プロピレンランダムコポリマー、エチレン・プロピレンブロックコポリマー、エチレン・プロピレン・１−ブテンターポリマーなどがあげられる。
【００１２】上記のポリエチレンとしては、公知の製造方法により製造されたものが使用できる。中高密度ポリエチレンは一般に比較的エチレン含量が高いモノマーから中低圧法により製造される。低中密度ポリエチレンは高圧法により製造してもよいが、コモノマーとしての炭素数３以上の他のα−オレフィン含量を高くして中低圧法により製造したものが好ましく、これにより密度を微妙に調整することができる。
【００１３】中高密度ポリエチレンおよび低中密度ポリエチレンはいずれも、Ｔｉ系触媒、Ｃｒ系触媒など公知の触媒を用いて製造してもよいが、シングルサイト触媒を用いて製造することも出来る。ＧＰＣにより測定した分子量分布Ｍｗ／Ｍｎは通常１．５〜３０好ましくは２〜２０である。
【００１４】上記のシングルサイト触媒を用いて製造されるポリエチレンは、触媒としてシングルサイト触媒を用いる他は、従来のポリエチレンの製造法と同様にして製造することができる。シングルサイト触媒とは、活性点が均一（シングルサイト）である触媒であり、例えば、メタロセン触媒、いわゆるカミンスキー触媒などがあげられる。このシングルサイト触媒は、メタロセン系遷移金属化合物と有機アルミニウム化合物とからなる触媒が好ましく、無機物に担持されていてもよい。
【００１５】メタロセン系遷移金属化合物としては、例えばＩＶＢ族から選ばれた遷移金属〔チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）〕に、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基、置換インデニル基、テトラヒドロインデニル基、置換テトラヒドロインデニル基、フルオニル基または置換フルオニル基が１ないし２結合しているか、あるいはこれらのうちの２つの基が共有結合で架橋したものが結合しており、他に水素原子、酸素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アセチルアセトナート基、カルボニル基、窒素分子、酸素分子、ルイス酸基、ケイ素原子を含む置換基、不飽和炭化水素等の配位子を有するものが挙げられる。
【００１６】有機アルミニウム化合物としては、アルキルアルミニウム、または鎖状あるいは環状アルミノキサン等が挙げられる。アルキルアルミニウムとしては、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムクロリド、ジエチルアルミニウムクロリド、メチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、ジメチルアルミニウムフルオリド、ジイソブチルアルミニウムハイドライド、ジエチルアルミニウムハイドライド、エチルアルミニウムセスキクロリド等が挙げられる。
【００１７】また鎖状あるいは環状アルミノキサンは、アルキルアルミニウムと水を接触させることにより生成される。例えば重合時にアルキルアルミニウムを加えておいて、後で水を添加するか、あるいは錯塩の結晶水または有機、無機化合物の吸着水とアルキルアルミニウムとを反応させることにより得られる。
【００１８】また上記シングルサイト触媒を担持させる無機物としては、シリカゲル、ゼオライト、珪藻土等が挙げられる。
【００１９】重合方法としては、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、気相重合等が挙げられ、また、これらの重合はバッチ法であっても連続法であっても良い。重合条件は、通常、重合温度；−１００〜２５０℃、重合時間；５分〜１０時間、反応圧力；常圧〜３００ｋｇ／ｃｍ2である。
【００２０】本発明では前記中高密度ポリエチレンはパイプまたは継手の主体層として耐圧性をもたせるために用いるものであり、パイプの場合は内層として用い、継手の場合は外層として用いる。低中密度ポリエチレンはエレクトロフュージョン用として融着性をもたせるために用いるものであり、パイプの場合は外層として用い、継手の場合は内層として用いる。
【００２１】中高密度ポリエチレン層と低中密度ポリエチレン層とは一体的に融着した状態で積層される。中高密度ポリエチレン層は主体層となるものであるから、パイプまたは継手のほぼ全域に形成されるのが好ましい。低中密度ポリエチレン層は融着層として用いられるものであるから、エレクトロフュージョンにより融着を行う部分、例えばパイプの端部付近または継手の接着部分のみに形成してもよいが、パイプの外層または継手の内層の全域に形成してもよい。
【００２２】パイプの場合、同径のパイプのほか、異径の端部を有するパイプ、分岐パイプ、ヘッダーに形成されるパイプ、ならびに金属製の接着部材その他の部材と機械的に接合一体化したパイプなど、任意の形状、構造のパイプに適用でき、少なくともエレクトロフュージョンにより融着を行う部分にポリエチレン多層パイプが形成されていればよい。
【００２３】継手の場合も同様であり、単純に管同士を連結するためのソケット継手、ニップル継手、異方向からの管同士を連結するために曲折部を有するエルボ継手、分岐部を形成するためのチーズ継手、異径管同士を連結するためのレジューサー継手、枝管と幹管とを連結するためのサドル継手、管端部に取着けられるキャップ継手、幹管と多数の枝管を接続するヘッダー状継手、金属製の接続部材その他の部材と一体化した継手など、任意の形状、構造の継手に適用でき、少なくともエレクトロフュージョンにより融着を行う部分にポリエチレンの多層積層部が形成されていればよい。
【００２４】本発明のエレクトロフュージョンパイプおよび継手は中高密度ポリエチレン層と低中密度ポリエチレン層とが一体的に融着した状態で積層されており、これらは共押出成形、射出成形等の加熱融着成形に製造される。パイプの場合は主として共押出により製造され、継手の場合は主として射出成形により、電熱線をインサートした状態で射出成形して製造されるが、他の成形法によることもできる。
【００２５】こうして製造されたエレクトロフュージョンパイプは、中高密度ポリエチレンからなる内層と低中密度ポリエチレンからなる外層とが積層された端部を突き合わせた状態で、エレクトロフュージョン継手内に配置し、エレクトロフュージョン継手の電熱線に通電することにより低中密度ポリエチレン層を溶融させ、融着によりパイプを接続して使用される。このときパイプおよび継手の低中密度ポリエチレン層同士が接触するようにして電熱線に通電すると、まず継手の低中密度ポリエチレン層が溶融し、その熱によりパイプの低密度ポリエチレン層が溶融して融着が起こる。
【００２６】このように本発明のエレクトロフュージョンパイプおよび継手では低中密度ポリエチレン層をエレクトロフュージョンにより融着させるため、融着接合が容易かつ正確に行うことができる一方、この低中密度ポリエチレン層と一体化した中高密度ポリエチレン層が主体層として機械的強度を負担することができ、高水圧に耐える耐圧性を持たせることができる。
【００２７】しかも両層が積層されることにより、両層の特性が互いに補い合って、それぞれの層に欠ける特性も付与することができる。例えば中高密度ポリエチレン層は耐圧強度は大きいが、衝撃強度に欠ける傾向があるが、低中密度ポリエチレン層を積層することにより衝撃強度を大きくして剛性を持たせることができる。
【００２８】本発明のエレクトロフュージョンパイプは上水、中水、下水その他の給水管として、あるいはガス管として、従来のポリエチレン管あるいは鋼管が使用されていた分野において使用することができ、本発明のエレクトロフュージョン継手はそのエレクトロフュージョンパイプの接続用の継手として使用することができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明のエレクトロフュージョンパイプは、中高密度ポリエチレンからなる内層と、低中密度ポリエチレンからなる外層とが一体的に積層されているため、低コストで耐圧性その他の特性に優れ、かつエレクトロフュージョンにより接続可能なパイプが得られる。
【００３０】本発明のエレクトロフュージョン継手は、中高密度ポリエチレンからなる外層と、低中密度ポリエチレンからなる内層とが一体的に積層され、内層付近に電熱線が配置されているため、低コストで耐圧性その他の特性に優れ、かつエレクトロフュージョンにより上記エレクトロフュージョンパイプを容易に接続できる継手が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面により説明する。図１（ａ）は実施の形態のエレクトロフュージョンパイプの断面図、（ｂ）は同じくエレクトロフュージョン継手の断面図である。
【００３２】図１（ａ）において、エレクトロフュージョンパイプ１は、中高密度ポリエチレンからなるチューブ状の内層２の外側に、低中密度ポリエチレンからなる外層３が一体的に積層されて形成されている。
【００３３】図１（ｂ）において、エレクトロフュージョン継手５は、中高密度ポリエチレンからなる円筒状の外層６の内側に、低中密度ポリエチレンからなる内層７が一体的に積層され、内層７内に電熱線８が埋設されている。内層７の内側にはエレクトロフュージョンパイプ１の外径と一致する挿入孔９が形成されている。
【００３４】上記エレクトロフュージョンパイプ１の内層２およびエレクトロフュージョン継手５の外層６を形成する中高密度ポリエチレン、ならびにエレクトロフュージョンパイプ１の外層３およびエレクトロフュージョン継手５の内層７を形成する低中密度ポリエチレンとしてはそれぞれ前述のポリエチレンを用いる。
【００３５】図１（ａ）のエレクトロフュージョンパイプ１は、内層２を形成する中高密度ポリエチレンと外層３を形成する低中密度ポリエチレンとを共押出成形することにより製造される。図１（ｂ）のエレクトロフュージョン継手５は、電熱線８を埋込むように低中密度ポリエチレンにより形成した内層７を射出成形型にインサートして中高密度ポリエチレンを射出することにより外層６を成形して一体化させて製造される。
【００３６】上記のエレクトロフュージョンパイプ１は図１（ｂ）に示すように、端部をエレクトロフュージョン継手５の挿入孔９に挿入して、２本の端末１ａを突き合わせ、電熱線８に通電してエレクトロフュージョン継手５の内層７の低中密度ポリエチレンを溶融させ、その熱によりエレクトロフュージョンパイプ１の外層３の低中密度ポリエチレンも溶融させて融着させる。これによりエレクトロフュージョンパイプ１の接続が行われる。
【００３７】図２は他の実施形態のエレクトロフュージョン継手の断面図である。この実施形態のエレクトロフュージョン継手は図１（ｂ）のものとほぼ同様の構成となっているが、内層７は電熱線８を低中密度ポリエチレンで被覆した被覆材１０がコイル状に巻かれた構造となっている。内層７は外層６のパイプ近接部１１，１２により両端部が端部または中央部側に露出しないように取囲まれた構造になっている。
【００３８】このエレクトロフュージョン継手５も図１（ｂ）のものと同様にして製造および使用されるが、被覆材１０の形成とインサートは容易である。またエレクトロフュージョンに際しては、内層７はパイプ近接部１１，１２によって閉じ込められた構造となっているので、溶融した低中密度ポリエチレンの漏出が防止され、シール性が高まる。
【００３９】このため図１（ｂ）の内層７もこのように閉じ込められた構造とすることができる。また図１（ａ）のパイプ１も端部だけに外層３を形成することができ、この場合上記と同様に外層３の両端部に内層２を突出させて、外層３を閉じ込めた構造とすることができる。
【００４０】上記のエレクトロフュージョンパイプ１および継手５では、パイプ１の外層３または継手５の内層７の、低中密度ポリエチレン層をエレクトロフュージョンにより融着させるため、融着接合が容易かつ正確に行うことができる。一方、これらの低中密度ポリエチレン層と一体化したパイプ１の内層２または継手５の外層６の中高密度ポリエチレン層が全体層として機械的強度を負担することができ、高水圧に耐える耐圧性を持たせることができる。
【００４１】しかも両層が積層されることにより、両層の特性が互いに補い合って、それぞれの層に欠ける特性も付与することができる。例えば中高密度ポリエチレン層は耐圧強度は大きいが、衝撃強度に欠ける傾向があるが、低中密度ポリエチレン層を積層することにより衝撃強度を大きくして剛性を持たせることができる。
【００４２】以下、試験結果について説明する。コモノマーとしての１−ブテン含量を変えて密度を調整したＭＦＲ０．２ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンからなる外径６０ｍｍ、厚さ５．９±０．４ｍｍのポリエチレンパイプについてＪＩＳＫ７１１３−１９７５による引張強度を測定した結果、ならびにＪＩＳＫ６７７４−１９９５の融着適合性試験による融着部の引張強度および伸度を測定した結果を図３に示す。
【００４３】図３より、密度０．９４〜０．９７ｇ／ｃｍ3の中高密度ポリエチレンが低中密度ポリエチレンに比べて引張強度が大きく、耐圧強度が優れていることが分かる。また密度０．９２〜０．９５ｇ／ｃｍ3の低中密度ポリエチレンが融着部の引張伸度が大きく、融着性能が優れていることが分かる。従ってこれらを積層することにより、耐圧強度に優れ、かつ融着性能の優れたポリエチレンパイプおよび継手が得られることがわかる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８８７
【氏名又は名称】三井化学株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）５月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】柳原 成
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| 【公開番号】 |
特開平１０−３３２０６９ |
| 【公開日】 |
平成１０年（１９９８）１２月１５日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１３８９４３ |
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