プラスチック製の配管

熱可塑性材料の均質なマトリックスが一層からなる押出成形パイプで、パイプラインでの使用に適した状態になっている。

構造壁パイプおよび継手は、物理的、機械的、および性能上の要件を満たすために、材料使用量に関して最適化された設計が施された製品です。構造壁パイプは、さまざまな用途に対応する配管システムのオーダーメイドソリューションであり、多くの場合、ユーザーとの協力のもと開発されます。

3つの接着層の間に柔軟な金属層を挟み込んだパイプ。バリアパイプは、例えば、以前の使用によって汚染された土壌に敷設された場合、パイプ内を通過する内容物（特に飲料水）を腐食性の化学物質やその他の汚染物質から保護するために使用される。

ほとんどのプラスチックパイプシステムは熱可塑性材料で作られています。製造方法は、材料を溶融し、成形し、冷却することを含みます。パイプは通常、押出成形によって製造されます。^{[ 1 ]}

アクリロニトリルブタジエンスチレン （ABS）は、飲料水、スラリー、化学薬品の輸送に使用されます。最も一般的には、排水・廃水・通気（DWV）用途に使用されます。使用温度範囲は-40  ℃から+60  ℃と広く、幅広い温度範囲に対応します。

ABS樹脂は熱可塑性樹脂であり、もともとは1950年代初頭に油田や化学工業での使用を目的として開発されました。その多様な特性と比較的低コストであることから、エンジニアリングプラスチックとして広く普及しています。個々の化学成分の比率を調整することで、幅広い用途に対応できます。

これらは主に、高い耐衝撃性と剛性が不可欠な産業用途で使用されます。

この材料は、土壌や廃棄物用の非加圧配管システムにも使用されています。^{[ 5 ]}

塩素化ポリ塩化ビニル（CPVC）は、多くの酸、塩基、塩、パラフィン系炭化水素、ハロゲン、アルコールに対して耐性があります。ただし、溶剤、芳香族化合物、一部の塩素化炭化水素には耐性がありません。CPVCは、uPVCよりも高温の液体を輸送でき、最高使用温度は200 °F（93.3 °C）に達します。CPVCは、その高い耐熱性と耐薬品性から、住宅、商業施設、産業施設における水や液体の輸送において、主要な推奨材料の一つとなっています。  

高密度ポリエチレン（HDPE） - HDPEパイプは、強度、柔軟性、軽量性に優れています。融着すると漏れはゼロになります。^{[ 6 ]}

PB-1は、温水・冷水用加圧配管システム、プレハブ式地域暖房ネットワーク、表面暖房・冷房システムに使用されます。主な特性は、溶接性、耐熱性、柔軟性、および高い静水圧耐性です。標準タイプの一つであるPB 125は、最低必要強度（MRS）が12.5 MPaです。また、低騒音性、低線膨張率、腐食・石灰化がないという特長も備えています。

PB-1配管システムは北米では販売されなくなりました。ヨーロッパとアジアでの市場シェアは小さいですが、着実に成長しています。クウェート、英国、韓国、スペインなどの一部の市場では、PB-1は強い地位を​​占めています。^{[ 7 ]}

ポリエチレンは、飲料水や廃水、有害廃棄物、圧縮ガスの安全な輸送に長年使用されてきました。高密度ポリエチレン（ HDPE ）パイプ^{[ 8 ]}と、より耐熱性の高い架橋ポリエチレン（PEX 、XLPEとも呼ばれる）の2種類があります。

ポリエチレン（PE）は1950年代初頭からパイプ材として使用されてきました。PEパイプは押出成形によって様々なサイズで製造されます。PEは軽量で柔軟性があり、溶接も容易です。滑らかな内面仕上げにより、良好な流体特性が確保されます。素材の継続的な開発により性能が向上し、世界中の主要な水道・ガス会社での利用が急速に拡大しています。

これらのパイプは、ライニング工法や非開削工法、いわゆる「掘削不要」工法にも使用されます。これらの工法では、地上に溝を掘ることなく、一切の工事による影響なくパイプを設置します。古い配管システムのライニングにパイプを使用することで、漏水を減らし、水質を改善することができます。このように、これらのソリューションは、老朽化し​​た配管システムの改修に役立っています。掘削は最小限に抑えられ、作業は地下で迅速に行われます。

また、PEパイプ材についても、いくつかの研究で50年以上の耐用年数が期待できるという長い実績が実証されている。

架橋ポリエチレンは、一般的に XLPE または PEX と呼ばれます。これは熱可塑性材料であり、ポリマー鎖の架橋方法に応じて 3 つの異なる方法で製造できます。PEX は 1950 年代に開発されました。1970 年代初頭からヨーロッパでパイプとして使用され、ここ数十年で急速に人気が高まっています。コイル状で供給されることが多く、柔軟性があるため、継手なしで構造物の周囲に配線できます。氷点下から沸騰直前までの温度範囲で強度があるため、温水および冷水設備、ラジエーターおよび床下暖房、除氷および天井冷却用途に理想的なパイプ材料です^{[ 9 ] 。}

高温用ポリエチレン（PE-RT）は、従来のポリエチレンの特性を拡張したものです。特殊な分子設計と製造工程の制御により、高温下での強度向上を実現しています。

PE-RTは低温・高温に対する耐性に優れているため、温水・冷水配管の幅広い用途に最適です。

ポリプロピレンは、食品、飲料水、超純水、さらには医薬品および化学産業での使用に適しています。

PPはポリプロピレンから作られる熱可塑性ポリマーです。1950年代に初めて発明され、1970年代からパイプに使用されています。高い耐衝撃性と優れた剛性、高い耐薬品性を兼ね備えているため、下水道用途に適しています。連続使用で60 ℃（140 °F）までの動作温度範囲で優れた性能を発揮するため、汚水や廃棄物の屋内排出システムに適しています。90 ℃（194 ° F）（短時間）までの高温特性を持つ特殊なPPグレードは、屋内温水供給に適した材料です。^{[ 10 ]}    

ポリフッ化ビニリデン（PVDF）は、反応性が低く、耐薬品性および耐熱性に優れた熱可塑性フッ素樹脂であり、プラスチック配管用途に適しています。PVDF樹脂は、フッ化ビニリデンモノマーの重合によって製造されます。このPVDF樹脂は、PVDFパイプをはじめとする様々な製品の製造に使用されます。

PVDFパイプは、その不活性で耐久性に優れているため、様々な産業や用途で採用されています。特に化学プロセス産業では、腐食性の高い溶液を配管できるため、PVDFパイプが最も広く使用されています。また、高純度用途、半導体製造、電子機器・電気機器、医薬品開発、原子力廃棄物処理などでも広く利用されています。

PVDF配管の仕様と性能特性により、PVDFパイプは加圧システム条件下で248 °F（120 °C）まで使用可能です。このパイプは、軍事試験規格法508、81-0Bに従ってカビの発生を抑制します。他の一般的な熱可塑性パイプ（uPVC、CPVC、PE、PP）とは異なり、PVDFは紫外線やオゾンによる酸化損傷に対する感受性を示さないため、長期の屋外使用に適しています。^{[ 11 ]}  

uPVC（またはPVC-U）は、食塩と化石燃料から作られる熱可塑性樹脂です。このパイプ材は、あらゆるプラスチック材料の中で最も長い歴史を持っています。最初のuPVCパイプは1930年代に製造されました。1950年代以降、uPVCパイプは腐食した金属パイプの代替として使用され、増加する農村部、そして後に都市部の住民に新鮮な飲料水を供給するようになりました。uPVCパイプはNSF規格61に基づき飲料水用として安全であることが認証されており、北米をはじめ世界中で配水・送水パイプラインに広く使用されています。uPVCは家庭の排水管にも使用が認められており、下水道管として最もよく使用されているパイプです。

その後、下水道、土壌・廃棄物、ガス（低圧）、ケーブル保護といった分野における、加圧用途および非加圧用途が次々と開発されました。したがって、この材料は公衆衛生、公衆衛生、そして人々の幸福に大きく貢献してきました。

ポリ塩化ビニルまたはuPVC（非可塑化ポリ塩化ビニル）パイプは温水配管には適しておらず、2006年以降、米国では住宅の屋内給水管での使用が制限されています。コードIRC P2904.5 uPVC 記載なし。

uPVCは、幅広い使用温度範囲と圧力範囲において高い耐薬品性を備えています。最高使用温度は140 °F（60 °C）、最高使用圧力は450psi （3,100kPa ）と報告されています。uPVCシステムは、長期にわたる強度特性、高い剛性、およびコスト効率の高さから、プラスチック配管設備の大部分を占めており、現在、様々な用途で200万マイル（320万km）を超えるuPVCパイプが使用されていると推定されています。     

標準的なポリ塩化ビニル材料をベースに、他に3種類の派生品が使用されている。

OPVCまたはPVCOと呼ばれる派生品は、プラスチックパイプ技術の歴史において重要な節目となるものです。この分子配向二軸高性能バージョンは、高い強度と優れた耐衝撃性を兼ね備えています。

延性のある変種としては、アクリルまたは塩素化PEで改質されたポリ塩化ビニルであるMPVCがあります。この延性に優れ、高い破壊抵抗を持つ材料は、ひび割れや応力腐食に対する耐性が重要な、要求の厳しい用途で使用されます。いくつかの研究では、uPVCパイプの長い実績が調査されています。ドイツのKRVとオランダのTNOでの最近の調査では、uPVC水圧パイプは正しく設置すれば100年以上の耐用年数があることが確認されています。^{[ 12 ]}

プラスチックパイプは50年以上にわたり使用されてきました。プラスチック配管システムの耐用年数は100年を超えると予測されています。この予測は、複数の業界調査によって実証されています。

プラスチックパイプの材料は、これまで長期圧力試験に基づいて分類されてきた。パイプ壁にかかる応力の関数として測定された破損時間は、いわゆる回帰曲線で示されている。

測定された故障時間に基づく外挿により、50年に達することが計算された。50年後の予測故障応力が分類の基礎として採用された。この値は、50年後の最小必要応力（MRS）と呼ばれる。^{[ 13 ]}

プラスチック配管システムが故障する理由としては、設置時の製品の接着不良や、樹木の根の侵入などによる自然発生的な物理的損傷などが挙げられます。また、プラスチックパイプは乾燥した暑い夏に故障する頻度が高いこともわかっています。^{[ 14 ]}

プラスチックパイプは、リング剛性によって分類されます。いくつかの製品規格で規定されている推奨剛性クラスは、SN2、SN4、SN8、SN16で、SNは公称剛性（kN/m2）を表します。パイプの剛性は、設置時に外部荷重に耐えるために重要です。数値が高いほど、パイプは硬くなります。

正しく設置された後は、パイプのたわみは限定的ですが、しばらくの間はある程度たわみが続きます。埋設された土壌との関係において、プラスチックパイプは「柔軟」な挙動を示します。つまり、時間の経過に伴うさらなるたわみは、パイプ周辺の土壌の沈下量に依存します。

基本的に、パイプは埋め戻し土の動き、つまり技術者が言うところの沈下に合わせて動きます。これは、パイプを適切に設置すれば、土の沈下も適切に行われ、それ以上のたわみは限定されることを意味します。

フレキシブルパイプの場合、土壌荷重は周囲の土壌によって分散され、支えられます。パイプのたわみによって生じる応力とひずみはパイプ壁内に発生しますが、発生する応力は許容限界値を超えることはありません。

パイプ材料の熱可塑性挙動により、誘起された応力は低いレベルまで緩和される。誘起されたひずみは許容レベルをはるかに下回る。

この柔軟な挙動により、パイプは破損しない。破損することなく機能を維持しながら、より大きなたわみを示すだけである。

しかし、剛性パイプはその性質上、柔軟性がなく、地盤の動きに追従しません。地盤沈下量に関わらず、すべての地盤荷重を支えます。つまり、剛性パイプに過大な荷重がかかると、応力限界値に早く達し、破損することになります。

したがって、プラスチックパイプの柔軟性は安全性の面で付加的な利点をもたらすと結論づけることができる。埋設パイプには柔軟性が必要である。^{[ 15 ]}