架橋ポリエチレン

基本的な区別として、過酸化物架橋（PE-Xa）、シラン架橋（PE-Xb）、電子線架橋（PE-Xc）、アゾ架橋（PE-Xd）が挙げられる。^{[ 2 ]}

図には、過酸化物架橋、シラン架橋、および放射線架橋が示されている。いずれの方法においても、放射線（hν）または過酸化物（ROOR）によってポリエチレン鎖（中央上部）から水素原子が除去され、ラジカルが生成される。その後、2つのラジカル鎖が、直接（左下）またはシラン化合物を介して間接的に（右下）架橋する。

• 過酸化物架橋（PE-Xa） ：過酸化物（例えば、ジクミル過酸化物またはジ-tert-ブチル過酸化物）を用いたポリエチレンの架橋は、依然として非常に重要です。いわゆるエンゲル法では、まずHDPEと2% ^{[ 14 ]}の過酸化物の混合物を押出機で低温で混合し、次に高温（200  ℃～250  ℃）で架橋します。^{[ 2 ]}過酸化物は過酸化物ラジカル（RO•）に分解し、これがポリマー鎖から水素原子を引き抜き（除去）てラジカルを生成します。これらが結合すると、架橋ネットワークが形成されます。^{[ 3 ]}結果として得られるポリマーネットワークは均一で、張力が低く、柔軟性が高いため、（照射された）PE-Xcよりも柔らかく、靭性があります。^{[ 2 ]}同じプロセスはLDPEにも使用されますが、温度は160  ℃～220  ℃の間で変化する場合があります。
• シラン架橋（PE-Xb） ：シラン（例えばトリメトキシビニルシラン）の存在下で、ポリエチレンは、照射または少量の過酸化物によって最初にSi官能基化される。その後、水浴中で加水分解によりSi-OH基が形成され、これが縮合してSi-O-Si架橋を形成することによりPEを架橋する。[16]ジブチル錫ジラウレートなどの触媒は反応を促進する可能性がある。^{[ 14 ]}
• 放射線架橋（PE-Xc）：ポリエチレンの架橋は、下流の放射線源（通常は電子加速器、場合によっては同位体放射器）によっても可能である。PE製品は、水素原子を分離することによって結晶融点以下で架橋される。β線は10 mm、γ線は100 mmの浸透深さを持つ。そのため、内部または特定の領域を架橋から除外することができる。^{[ 2 ]}しかし、設備投資と運転コストが高いため、放射線架橋は過酸化物架橋に比べて役割が小さい。^{[ 1 ]}過酸化物架橋とは対照的に、このプロセスは固体状態で実行される。そのため、架橋は主に非晶質領域で起こり、結晶性はほぼそのまま残る。^{[ 14 ]}  
• アゾ架橋（PE-Xd）：いわゆるルボニルプロセスでは、ポリエチレンは押出成形後に高温塩浴中で予め添加されたアゾ化合物によって架橋される。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}

架橋度が低いと、最初は分子量が増加するだけです。個々の高分子は結合しておらず、共有結合ネットワークはまだ形成されていません。これらの大きな分子からなるポリエチレンは、超高分子量ポリエチレン（PE-UHMW）と同様に、熱可塑性エラストマーのように振る舞います。^{[ 15 ]}

さらに架橋が進むと（架橋度約80％）、^{[ 16 ]}個々の高分子は最終的にネットワークに連結されます。この架橋ポリエチレン（PE-X）は化学的には熱硬化性樹脂とみなされ、融点以上ではゴム弾性挙動を示し、溶融状態ではもはや加工できません。^{[ 15 ]}

架橋度（したがって変化の程度）は、プロセスによって強度が異なります。DIN 16892（PE-X製のパイプの品質要件）によれば、少なくとも次の架橋度を達成する必要があります。^{[ 16 ]}

• 過酸化物架橋（PE-Xa）：75%
• シラン架橋（PE-Xb）の場合：65％
• 電子線架橋（PE-Xc）：60％
• アゾ架橋（PE-Xd）：60％

すべてのPEXパイプは、設計仕様がパイプに直接記載された状態で製造されています。これらの仕様は、パイプの多くの規格を説明するとともに、製造元に関する詳細な情報を提供するために記載されています。これらの仕様がすべて記載されている理由は、設置者が製品が地域の必要な基準を満たしているかどうかを把握できるようにするためです。ラベル表示により、ユーザーはチューブが記載されているすべての規格を満たしていることを確認できます。^{[ 17 ]}

北米の PEX パイプに使用される材料は、ASTM 規格で規定されているセル分類によって定義され、最も一般的なのは ASTM F876 です。PEX のセル分類には、0006、0008、1006、1008、3006、3008、5006、5008 があり、最も一般的なのは 5006 です。分類 0306、3306、5206、5306 も一般的で、これらの材料には紫外線遮断剤や抑制剤が含まれており、紫外線に対する耐性が限定的です。北米では、すべての PEX チューブ製品は、ASTM、NSF、CSA 製品規格に準拠して製造されており、その中には前述の ASTM 規格 F876 および F877、NSF International規格 NSF 14 および NSF 61 ("NSF-pw")、カナダ規格協会規格 B137.5 が含まれており、パイプはこれらの規格に基づいて試験、認証、登録されています。各製品が満たしている規格や認証は、パイプまたはチューブの印字ラインに表示されており、製品が設計された適切な用途で使用されることを保証します。

欧州規格では、PEX-A、-B、-Cと呼ばれる3つの分類があります。これらの分類は、いかなる種類の評価システムとも関連していません。

配管にPEXを使用する利点は以下のとおりです。

• 柔軟性。PEX は柔軟性があるため、新築住宅の給水配管によく使われるソリューションです。^{[ 23 ]} PEX チューブは座屈やひび割れを起こさずに簡単に曲げることができるため、配管経路は直線である必要はありません。PEX は長いロールで販売されることが多く、長い配管経路のために個々の直線パイプを連結する必要がなくなります。浅い曲がりの場合、PEX チューブは曲げて金属または硬質プラスチックのブレースで支えることができるため、エルボ継手は鋭角なコーナーにのみ必要です。対照的に、他の一般的な屋内配管材料、つまり PVC、CPVC、銅は硬質で、配管経路の大きな曲がりに対応するために角度付き継手が必要です。
• パイプの直接配線。PEXチューブはほとんどの場合エルボ継手を必要としないため、多くの場合、配管に継ぎ目や接続部を一切設けずに、配水ポイントから出口器具まで供給ラインを直接配線することが可能です。これにより、継手に関連する構造上の弱点やコストを削減できます。^{[ 18 ]}
• 乱流による圧力損失が少ない。PEX配管は、硬質管材で構成された配管に比べて急な曲がりや継ぎ目が少ないため、配管口から給水設備までの圧力損失が少なくなることが期待できます。圧力損失が少ないということは、同じ給水圧力でシンク、シャワー、トイレの水圧が高くなることを意味します。逆に、PEXを使用すれば、給水設備で同等の水圧を得るために、他の配管よりも出力の低い（そして安価な）ポンプで済む可能性があります。
• 材料費が低い。PEXチューブの材料費は、代替品の約25%である。^{[ 24 ] [ 25 ]}対照的に、銅のインフレ調整価格は、2002年から2022年の20年間で4倍以上に上昇した。^{[ 26 ]}
• 設置が簡単。PEX の設置は、パイプをはんだ付けしたり接着したりする必要がないため、銅管や PVC 管よりもはるかに手間がかかりません。^{[ 24 ]}放射暖房システムを設置する建築業者は、PEX パイプが「設置を容易にし、運用上の問題もなかった」ことを発見しました。^{[ 23 ]} PEX の接続は、圧縮継手を使用して 2 つの適合する部品を押し込むか、調整可能なレンチまたは専用の圧着ツールを使用して行うことができます。^{[ 18 ]}一般的に、PEX の設置では、接続と継手が少なくて済みます。^{[ 17 ]}
• 非腐食性。銅とは異なり、PEXは鉱物や湿気にさらされても腐食しません。^{[ 17 ]}
• 設置中に火災の危険はありません。銅管を接合する最も古く一般的な方法は、トーチを使用して部品をはんだ付けすることです。PEXは、この裸火に伴う危険を排除します。^{[ 27 ]}
• 新しいPEXを既存の銅管やPVCシステムと接続する能力。設置業者が片端で銅管を、もう一方の端でPEX管を接続できる継手は広く入手可能です。^{[ 18 ]}これらの継手により、設置業者は必要に応じてPEXへの移行部分でパイプの直径を縮小または拡大することができます。
• 温水と冷水のパイプに適しています。混乱の可能性を減らすために、色分けを使用するのが便利な方法です。^{[ 28 ]}通常、温水には赤いPEXチューブが、冷水には青いPEXチューブが使用されます。^{[ 17 ]}
• 凍結による破裂の可能性が低い。PEXは柔軟性があるため、一般的に銅管やPVC管よりも凍結条件下での破裂に強いと考えられている。^{[ 29 ]}ある報告では、PEX水管は時間の経過とともに凍結すると膨張して破裂するが、銅管は「裂け」、PVC管は「粉々に砕ける」と示唆されている。^{[ 30 ]}住宅専門家のスティーブ・マックスウェルは2007年に、PEX水管は「5～6回の凍結融解サイクルに耐え、破裂しない」が、銅管は最初の凍結ですぐに破裂すると示唆した。^{[ 31 ]}新築の暖房のない季節住宅では、暖房のない寒い季節にはパイプの水を抜くか、寒さによるパイプの破裂を防ぐための他の対策を講じることが推奨されている。新築では、必要に応じて排水できるように、すべての水道管をわずかに傾斜させることが推奨されている。^{[ 31 ]}
• 配管の断熱は可能です。従来の発泡断熱材をPEX配管に簡単に追加することで、温水配管からの熱損失を減らし、冷水配管への熱伝達を減らし、屋外環境での凍結リスクを軽減できます。^{[ 32 ]}

• 日光による劣化。PEXチューブは、比較的急速に劣化するため、日光にさらされる用途には使用できません。^{[ 33 ]}設置前に日光を避けて保管し、設置後も日光を遮る必要があります。わずか30日間直射日光にさらされただけでも、脆化によりチューブが早期に破損する可能性があります。^{[ 33 ]}
• 昆虫による穿孔。PEXチューブは植物食性昆虫の口器によって穿孔されやすい。特に、西部マツノキクイムシ（Leptoglossus occidentalis）はPEXチューブを貫通し、漏水を引き起こすことがあることが知られている。^{[ 34 ]}
• 黄銅継手の問題。米国、カナダ、ヨーロッパでは、PEX システムの故障がいくつか報告されており、その結果、複数の集団訴訟が係属中です。故障の原因は、PEX システムに使用されている真鍮継手であるとされています。一般的に、建設業者や製造業者はこれらの経験から学び、パイプとコネクタ、バルブ、その他の継手を接続するために使用される継手に使用する最適な材料を見つけました。しかし、ネバダ州での設置に関連して使用された特定のタイプの真鍮継手に問題が報告されており、ミネラルを豊富に含む硬水^{[ 35 ]}と、いわゆる「黄銅」継手^{[ 22 ]}との間で悪影響が生じました。継手に含まれる亜鉛が脱亜鉛化と呼ばれる化学反応でパイプ材料に溶出し、漏水や詰まりを引き起こしました^{[ 35 ]} 。解決策は、亜鉛含有量が 30% の黄銅継手を、亜鉛含有量が 5～10% の赤銅継手に交換することでした。^{[ 36 ]}このことがきっかけで、カリフォルニア州の建築当局は、亜鉛含有量が一般的に低い「赤真鍮」製の継手の使用を義務付けるようになった。これらの特定の継手の問題が明らかになったため、今後問題が発生する可能性は低い。^{[ 22 ]}
• 新しい配管システムへの初期調整。配管工や住宅所有者が新しい継手に慣れる初期段階では、接続が不十分または不適切に行われた場合にいくつかの問題が報告されましたが、住宅検査官は2000年以降、PEXに関する問題にほとんど気付かなくなりました。^{[ 37 ]}
• 配管断熱材に使用できる接着剤には制限があります。特定の接着剤を使用してPEXに施工された配管断熱材の中には、配管の早期劣化を引き起こす有害な影響を与えるものがありますが、従来の発泡ラップ断熱材などの他の断熱材は、悪影響なく使用できます。^{[ 32 ]}
• 取り付け費用。一般的に、PEX継手、特にDIYプッシュフィット継手は、はんだ付けが不要であるにもかかわらず、銅製のものよりも高価です。^{[ 18 ]} PEXは柔軟性があるため、一般的に必要な継手の数が少なく、継手1つあたりのコストが高い分を相殺する傾向があります。
• 鉄系部品を使用したPEX放射暖房における潜在的な問題点。鉄またはその合金でできたラジエーターやその他の部品を含む放射暖房システムに、プレーンなPEXチューブを使用する場合、時間の経過とともに錆が発生する可能性があります。この場合、錆の発生を防ぐために、システムに「酸素バリア」を設けることが解決策の一つとなります。現代の暖房用PEX設備のほとんどは、酸素バリアコーティングされたPEXを使用しています。
• 臭い、化学的な味、そして健康への影響の可能性。 2000年代にはカリフォルニア州で健康上の懸念をめぐって論争がありました。いくつかの団体は、パイプの外側の化学物質、またはパイプ内のメチルtert-ブチルエーテルやtert-ブチルアルコールなどの化学物質が水に混入する懸念から、PEXの採用を阻止しました。^{[ 38 ]}これらの懸念により、州全体でのPEXの採用はほぼ10年間遅れました。「司法のジェットコースター」と表現された、かなりの「法廷闘争」の後、争っていた団体は合意に達し、カリフォルニア州はすべての用途でPEXの使用を許可しました。^{[ 39 ] [ 40 ]}環境影響報告書とその後の研究により、PEX配管の使用による公衆衛生上の懸念はないと判断されました。^{[ 39 ]}

PEXは、米国全50州とカナダでの使用が承認されており、2009年に使用が承認されたカリフォルニア州も含まれる。 ^{[ 17 ] [ 22 ]}カリフォルニア州は、2007年にケースバイケースでのみ家庭用水システムでのPEXの使用を許可した。^{[ 41 ]}これは主にマニホールドの腐食（チューブ自体ではなく）に関する懸念によるもので、カリフォルニア州は温水放射暖房システムでのPEXの使用は許可したが、飲料水での使用は許可しなかった。2009年、建築基準委員会は、カリフォルニア州配管コード（CPC）にPEXプラスチックパイプとチューブを承認し、州全体の病院、診療所、住宅、商業建設での使用を許可した。^{[ 22 ]} PEX が CPC に正式に採用されたのは 2009 年 8 月 1 日で、地方自治体がその一般的な使用を承認できるようになりました。^{[ 42 ]}ただし、追加の問題があり、2010 年に 2007 年の法律の文言が修正され、新しい承認が発行されました。^{[ 43 ]}

代替の配管オプションには以下が含まれます

• アルミニウムプラスチック複合材は、保護のために内側と外側にプラスチック層をラミネートしたアルミニウム管です。^{[ 17 ]}
• 波形ステンレス鋼管、PVC内部を備えたステンレス鋼製の連続フレキシブルパイプで、漏れがないか空気試験済み。^{[ 17 ]}
• ポリプロピレン管は、用途はCPVCに似ていますが、化学的に不活性な素材であり、有害物質を含まず、火災時にも危険な物質の放出が少ないという特徴があります。主に床暖房システムに使用されていますが、近年では、特に商業施設において、有害物質が溶け出さない家庭用飲料水管としても人気が高まっています。
• ポリブチレン（PB）パイプは、1970年代後半から1995年まで飲料水配管の製造に使用されていたプラスチックポリマーの一種です。しかし、ポリブチレン管の接続に当初使用されていたポリオキシメチレン（POMまたはアセタール）コネクタが、次亜塩素酸塩（水の消毒に一般的に使用される化学物質）の添加による応力増強型化学攻撃を受けやすいことが判明しました。劣化したコネクタは、応力が集中する圧着部分でひび割れや漏水を起こし、周囲の建物構造に損傷を与える可能性があります。銅製継手を使用した後期のシステムでは次亜塩素酸塩による攻撃の問題は見られないようですが、ポリブチレンは以前の問題による高額な構造的損傷のため、依然として使用されなくなり、カナダと米国では受け入れられていません。

PEX-AL-PEXパイプ、またはAluPEX、またはPEX/アルミニウム/PEX、または多層パイプは、2 層の PEX の間にアルミニウムの層を挟んだ構造になっています。金属層は酸素バリアとして機能し、ポリマーマトリックスを通しての酸素の拡散を阻止するため、チューブ内の水に溶け込んでシステムの金属部品を腐食させることはありません。^{[ 44 ]}アルミニウム層は薄く、通常 1 または 2  mm で、チューブにある程度の剛性を与え、曲げてもその形状を維持します (通常の PEX チューブはまっすぐに戻ります)。アルミニウム層は構造的な剛性も高めるため、チューブはより高い安全な運転温度と圧力にも適しています。

AluPexチューブの使用は2010年以降、大幅に増加しました。加工や位置決めが容易で、手で簡単に曲げ加工が可能です。温水、冷水、ガス用のチューブも用意されています。

かつてカナダで販売されていたPEX-アルミニウム-PEX複合パイプ製品であるKitecシステムは、主に真鍮継手の脱亜鉛腐食による広範囲にわたる早期故障により、漏水や物的損害が発生したため、販売中止となった。^{[ 45 ]}

使用できる継手には、圧着式と圧縮式の2種類があります。圧着式コネクタは安価ですが、専用の圧着工具が必要です。圧縮式継手は通常のスパナで締め付けることができ、システムの一部を簡単に分解できるように設計されています。また、特にDIYなどの小規模な作業で人気があり、追加の工具は不要です。

PEXツールキットには、PEXチューブの継手や接続に必要な基本的な工具が多数含まれています。ほとんどの場合、このようなキットは地元の金物店や配管用品店で購入するか、住宅所有者または請負業者が組み立てます。PEXツールキットの価格は100ドル未満から300ドル以上まで幅広くあります。一般的なPEXツールキットには、圧着工具、接続用エキスパンダー工具、クランプ工具、PEXカッター、リング、ボード、ステープルなどが含まれています。