PE パイプ材料ガイド: グレード、特性、SDR 評価および選択のヒント

PEパイプ材の最大の特徴は熱融着接合方式です。 2 つの PE 表面を融点以上に加熱して押し付けると、ポリマー鎖が混ざり合います。冷却後、接合部は 1 つの連続した材料を形成します。ガスケット、ネジ、または溶剤セメントが関与していないため、正しく融合された PE パイプラインは事実上モノリシックです。そのため、ポリエチレンは 1960 年代以来、ヨーロッパと北米の天然ガス供給ネットワークの標準素材となっています。

素材も驚くほど軽いです。 PE パイプ樹脂の密度は 0.93 ～ 0.97 g/cm3 で、水の密度よりも低くなります。長さ 12 メートルの 110 mm PE100 SDR17 パイプの重さは約 25 kg で、設置者 2 人が手で運べるほどの軽さです。それだけでも、プロジェクト現場でのクレーンの時間、燃料の輸送、人件費が削減されます。ポリマーについてさらに詳しく理解するには、当社の記事を読んでください。 PEパイプとは何ですか .

PE材質のグレードとパイプの種類

ポリエチレンパイプ材料は、安全係数を適用した後、材料が 20℃ で 50 年間破損することなく耐えることができる静水圧応力である最小必要強度 (MRS) に従って分類されます。

• PE80 ：MRS＝8MPa、設計応力≒6.4MPa
• PE100 ：MRS＝10MPa、設計応力≒8.0MPa

PE100 の高い MRS により、PE80 よりも 25% 高い設計応力が実現します。同じ圧力定格の場合、PE100 はより薄い壁を使用できるため、材料コストが削減され、流量が増加します。北米では、同等の指定システムで PE4710 が使用されています。これは、低速亀裂成長耐性が強化された PE100 クラスの樹脂に相当します。

ほとんどの水道およびガス プロジェクトでは、PE100 がデフォルトの選択になっています。 Huada Plastics が生産する HDPEパイプ PE80 と PE100 の両方のグレードで、直径は 20 mm ～ 1600 mm です。どのグレードを選択するかは、動作圧力、設置環境の攻撃性、プロジェクトに必要な設計寿命によって異なります。

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PEパイプ材料の主な特性

密度と重量

PE100 はおよそ 0.95 g/cm3 で、市場で最も軽い構造パイプ材料です。同じ公称直径と圧力クラスの場合、重量は PVC-U の約 4 分の 1、ダクタイル鋳鉄の約 8 分の 1 です。下の表は、PE と他の一般的なパイプ材料を比較したものです。

耐薬品性および耐腐食性

PE は腐食したり、錆びたり、ガルバニック攻撃を受けたりしません。周囲温度で、ほとんどの鉱酸、アルカリ、塩水溶液に耐えます。制限としては、強酸化性の酸、芳香族炭化水素、石油溶剤はポリマーを膨張させたり、環境応力亀裂を引き起こしたりする可能性があるため、工業用媒体の化学的適合性を常に検証する必要があります。

柔軟性と衝撃強度

PE は外径の約 20 ～ 25 倍まで曲げても元の形状に戻ります。この柔軟性により、パイプは湾曲した溝のラインに追従し、地盤の沈下を吸収し、応力を高めることなく交通荷重に耐えることができます。低温でも衝撃強度が高いため、PE は寒冷気候での設置に適しています。

長期耐久性

PE パイプ システムは、定格圧力で 50 年の最小耐用年数を想定して設計されています。 PPI TR-3 および ISO 9080 からの業界回帰データは、PE100 が多くの土壌条件において 100 年を超えても完全性を保持していることを示しています。クリープ、遅い亀裂成長、酸化は、樹脂の選択と添加剤パッケージによって制御されます。老化現象についてさらに詳しく知りたい場合は、私たちの分析をご覧ください。 PEパイプの長期耐久性 .

SDR、圧力定格、および温度制限

SDR (標準寸法比) は、パイプの外径と壁の厚さの比です。 SDR = 外径 / e 。 SDR が低いということは、壁が厚いことを意味します。特定の材料グレードの最大動作圧力は、ISO 4427 で定義されている関係に従います。

P = 2 × σ / (SDR − 1) ここで、σ は設計応力 (MRS を安全率 C = 1.25 で割ったもの) です。

温度も圧力容量に影響します。 PE パイプの定格は 20 °C で定義されています。それを超えると、以下の表の係数を使用して動作圧力を下げる必要があります。これらの係数は、ISO 4427 に基づく PE100 給水サービスの標準です。60℃ を超える連続動作の場合は、標準 PE を使用すべきではありません。代わりに、PERT や PVDF などの材料が考慮されます。

熱融着：PEパイプ材料の接合

PE パイプ システムが数十年にわたって漏れのない動作を実現できるのは、熱融着のおかげです。 バットフュージョン 外径約90mm以上のパイプの主な接合方法です。パイプの端はフェーサーでクランプされ、平行な面ができるようにトリミングされてから、約 210 °C に加熱されたミラー プレートに押し付けられます。所定の熱浸漬時間の後、ミラーが取り外され、溶けた端が制御された力の下で一緒に押し付けられ、冷めるまで保持されます。正しく作られた突合せ融着継手は、パイプ壁自体と同等の強度を持ちます。ファダさんの PE突合せ融着継手 — エルボ、ティー、レデューサー、フランジ、エンド キャップ — は 20 ～ 1600 mm の全範囲をカバーし、隣接するパイプの SDR に適合するように製造されています。

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電気融合 抵抗線が埋め込まれた継手を使用しています。パイプを継手に挿入し、電気溶接機でコイルを加熱します。熱により継手の内面とパイプの外面が溶けて融合します。電気融着は、小径のライン、修理、および突合せ融着装置が収まらない狭いスペースに適しています。たとえば、 電気融合ティー 継手がパイプの周囲に固定され、溶接機のためのスペースのみが必要なため、最小限の掘削で既存の本管に分岐接続を作成します。電気融着は、PE サービス ラインおよびガス分配接続の標準的な方法でもあります。

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PEパイプ材料の一般的な用途

水道とガスの供給

PE パイプは、ヨーロッパ、アジア、アメリカ大陸の飲料水本管に選ばれる材料です。 NSF/ANSI 61 および欧州の飲料水規制に準拠しており、バイオフィルムの付着に耐え、水中に腐食生成物を導入しません。天然ガスの流通においては、PE が 1960 年代以来デフォルトのパイプ材料となっています。PE の融着ジョイントにより、ねじ付き鋼製ジョイントに特有の漏れ経路が排除されるからです。

下水道、灌漑、産業サービス

重力式下水道や上昇本管では、コイル状の長さが長く、下水化学物質に対する耐性があり、耐摩耗性が高いため、PE が使用されています。農業用灌漑システムは、耐紫外線性と肥料を含んだ水への耐性を備えた PE パイプに依存しています。鉱山および化学プラントでは、PE スラリー ラインは研磨作業においてスチールよりも長持ちし、メンテナンスの必要性が大幅に軽減されます。

適切なPEパイプ素材の選び方

次の 5 つの要素をプロジェクトの要件に合わせてください。

1. 動作圧力（サージイベントを含む） — 公称値だけでなく、システムが経験する最高圧力によって SDR が決まります。
2. 動作温度 — 20 °C を超えると圧力定格を下げます。 60 °C を超える場合は、代わりに PERT または PVDF を選択してください。
3. 流体化学 — 輸送媒体、特に溶媒、酸化剤、炭化水素との適合性を検証します。
4. 設置方法 — 水平方向の掘削などの非溝設備には、低速亀裂成長耐性が強化された PE100-RC または PE4710 グレードが必要です。
5. 環境条件 — 材料グレードを最終決定する前に、紫外線への曝露、岩石の埋め戻し、土壌の種類、および霜の深さを評価します。

肉厚の計算、サージ圧力、設計寿命の段階的な説明については、当社の資料を参照してください。 実践的なPEパイプ選択ガイド .

PE パイプと他のパイプ材料の比較

PE は耐腐食性、溶融完全性、柔軟性を兼ね備えているため、埋設加圧パイプラインにとって最もコスト効率の高いオプションとなります。 PVC-U は非圧力の下水管や導管用途で引き続き競争力を維持しますが、非常に高圧、高温、または耐火ライザーなどの金属特性が必要な用途にはダクタイル鉄および鋼が選択されます。

PEパイプ材質に関するよくある質問