HDPE 材料特性の説明: 密度、強度、パイプの選択

高密度ポリエチレンは、ほとんどの化学物質を無視し、地下で 50 年間静かに生き残る、丈夫でワックス状のプラスチックであるという単純な評判を持っています。その評判は得られていますが、多くの詳細が隠されています。 2 本のパイプは同じ HDPE ラベルを付けていても、密度、分子量、コモノマーの種類、添加剤パッケージのすべてが材料の特性を異なる方向に引き出すため、溝に入るとまったく異なる動作をします。

当社は 2003 年以来、上海で熱可塑性プラスチック パイプを製造しています。HDPE の材料特性に関して当社が受ける質問は、通常、試験に合格するというよりも、決定を下す必要がある購入者からのものです。このガイドでは、パイプの性能、接続方法、寿命を実際に変える数値に焦点を当てています。

分子レベルでの「高密度」の意味

ポリエチレンは CH2 単位を繰り返す鎖であり、あるポリエチレンを別のポリエチレンから区別するのは、それらの鎖がどのように構築されるかです。 HDPE は、側枝がほとんどない長いほぼ直鎖を生成するチーグラー ナッタ触媒またはメタロセン触媒を使用して重合されます。直鎖はしっかりと詰まっており、容易に結晶化するため、HDPE の結晶化度はおよそ 70 ～ 80 パーセント、密度は 0.941 ～ 0.965 g/cm3 に達します。 LDPE は長鎖分岐が多いため、その鎖はそれほど密集することができません。およそ 0.910 ～ 0.925 g/cm3 に落ち着き、著しく柔らかく感じられます。

パイプ アプリケーションの場合、ほとんどの作業は 3 つの変数で行われます。

• 密度 : 密度が高くなると、剛性、引張強度、バリア性能が向上しますが、柔軟性と低温耐衝撃性が低下します。
• 分子量とメルトフローレート : 分子量が高くなると、押出加工が難しくなりますが、靱性と環境応力亀裂耐性が向上します。
• コモノマーの種類 : ブテン、ヘキセン、オクテンのコモノマーが制御された方法で結晶化を中断します。これにより、最新の PE100 および PE100-RC グレードがゆっくりとした亀裂の成長に優れた抵抗力を発揮します。

こうした変数があるため、業界では学年の授業で議論が行われます。 PE63、PE80、および PE100 は、3 つの異なるポリマーを指すのではなく、20℃で 50 年間に必要な最小強度値 6.3、8.0、および 10.0 MPa を指します。

主要な物理的および機械的特性

公開されているデータシートはグレードが異なるため異なりますが、以下の範囲はパイプグレードの HDPE を表しています。これらは、さまざまなサプライヤーの化合物を比較するときに最初に確認する数値です。

耐薬品性、耐候性および長期挙動

HDPE は、地下で遭遇するもののほとんどに対して化学的に不活性です。希酸、濃酸、アルカリ、塩溶液、アルコールを扱い、腐食したり、スケールが発生したり、ガルバニック反応に参加したりすることはありません。ただし、それは普遍的なものではありません。強酸化性の酸は腐食し、炭化水素や塩素系溶剤は膨張と浸透を引き起こします。これは、ラインが汚染された地面を通過する場合や産業排水を運ぶ場合に重要な点です。

もう一つの弱点は太陽光です。不安定なポリエチレンは UV の下で脆くなるため、パイプコンパウンドには 2 ～ 2.5% のよく分散したカーボン ブラックまたは同等の UV パッケージが含まれています。黒いパイプは数か月の屋外保管に耐えます。ナチュラル色のパイプはそうではありません。

真菌も細菌もポリエチレンを食料源として使用しないため、生物学的攻撃が心配されることはほとんどありません。長期的な性能は、代わりに遅い亀裂成長と環境応力亀裂耐性によって決まります。これらは両方とも ISO 9080 に準拠した静水圧応力回帰試験を通じて評価され、50 年の設計寿命に推定されます。この推定は、各 PE グレードの背後にある MRS 数値の由来です。

密度、メルトインデックス、SDR、圧力定格

壁の厚さは話の残り半分です。圧力パイプは、外径と壁の厚さの比である SDR または DR によって指定されます。 SDR が低いということは、壁が厚く、定格圧力が高いことを意味します。PE100 水道管の場合、SDR 11 は 20 C での PN16 に相当しますが、SDR 17 は PN10 に近い値になります。この関係は温度に対して線形ではないため、ほとんどのグレードは 20 C を超えると定格を下げる必要があります。 HDPE DR 11 パイプ 肉厚の計算と選択手順を詳しく説明します。

メルトインデックスは圧力定格よりも加工に影響を与えます。メルトフローレートが高いほど、より速く押出され、より容易に溶融しますが、非常に高いフローレートを持つグレードは、耐ストレスクラック性が低下する傾向があります。幹線および重要な排水では、低メルトインデックス、高分子量化合物が依然としてより安全な選択です。

当社が取り扱うポリエチレンは HDPE だけではありません。床暖房回路など、パイプが温水を運ぶ必要がある場合、標準の HDPE では温度のヘッドルームが足りなくなり、温度の高いポリエチレンが代わりになります。 PE-RT は、手で曲げられるほどの柔軟性を維持しながら、70 ℃ で安定した圧力定格を維持するため、これらのループに最もよく指定されるグレードです。

PE-RT 赤色単層輻射式床暖房パイプ 輻射床暖房ループ用の赤色の単層 PE-RT オプション。温水設備向けの幅広い PE-RT 床下暖房パイプ範囲内に示されています。 製品を見る→

HDPE と PVC および PPR を比較する方法

バイヤーが素材を単独で選択することはほとんどありません。彼らはそれを、すでに図面上にある代替案と比較します。

• HDPE対PVC-U : PVC はより硬く、多くの場合、排水サイズの 1 メートルあたりの価格が安く、溶剤セメントの接合部はすぐに結合します。 HDPE はより強靱で、沈下や振動に耐え、パイプ壁自体と同じくらい強い接合部に融着できます。
• PPR に対する HDPE : どちらもポリオレフィンであり、熱融着されていますが、PPR は圧力定格を 70 ℃ に維持しているため、建物内の家庭用温水および冷水には PPR が自然に選択されます。 HDPE は通常、温度よりも直径、稼働長、耐摩耗性が重要となる冷水本管、下水、工業用ラインに適しています。
• HDPE対金属 : 軽量で、ガルバニック腐食に強く、スラリー使用時の耐摩耗性がはるかに優れていますが、高温ではより緊密なサポートが必要であり、鋼鉄の約 10 倍膨張します。

当社の製品群の排水側では、PVC-U が建物内の土壌と廃棄物のスタックの主力製品として機能し続けています。

雨水および下水システム用の PVC 標準排水管 直径 40 ～ 315 mm、長さ 4 m の PVC 排水管で、耐久性とスムーズな流れの性能が重要となる雨水、廃水、地下排水に適しています。 製品を見る→

これらのプロパティがサイト上で何を意味するか

データシートの値は、設置の実践に変換されて初めて役に立ちます。私たちがプロジェクト チームに繰り返し伝えるルールは次のとおりです。

1. 熱の移動を許容します。 K あたり約 1.5 x 10-4 では、50 メートルの走行では 10 C のスイングで約 75 mm 移動するため、アンカー、ループ、オフセットはオプションではありません。
2. 曲げ半径を尊重してください。冷間曲げは通常、外径の 20 ～ 25 倍に制限されます。それ以上きついものはフィッティングが必要です。
3. 融合プロセスを制御します。突合せ融着と電気融着は最も強力な接合を提供しますが、それは校正された機器、正しい加熱時間、およびきれいな角パイプ端が必要な場合に限られます。
4. 紫外線への曝露を計画します。黒いパイプは何ヶ月も屋外に放置できます。着色されていないパイプにはカバーが必要です。
5. 慎重に埋め戻します。 HDPE は亀裂ではなくたわむため、周囲の土壌が構造の一部となり、ベッドの品質が長期的なリング性能を決定します。

よく聞かれる質問

HDPE は飲料水として安全ですか?

はい。パイプグレードの HDPE には可塑剤や重金属安定剤が含まれておらず、飲料水用の化合物は関連する国内および国際規格に基づいて味、臭い、移行性がテストされています。

HDPE パイプはどの温度まで耐えられますか?

標準グレードでは継続的に約 60 ℃、短期間で 80 ℃まで上昇します。20 ℃を超えると圧力定格を下げる必要があるため、温水ラインは通常 PPR または PE-RT に移行します。

PE100はHDPEと同じですか?

PE100 は HDPE 内のグレード クラスで、50 年間の最低必要強度 10 MPa によって定義されます。すべての HDPE コンパウンドが適格であるわけではないため、グレード名が仕様に記載されています。

HDPE の材料特性は一連のトレードオフに帰着します。優れたサプライヤーは、プロジェクトにとってどの数値が重要で、どの数値がマーケティングに重要であるかをわかりやすい言葉で説明できる必要があります。グレードを比較している場合、仕様を作成している場合、または単に HDPE、PPR、または PVC が特定のラインに属するか不明な場合は、弊社の技術チームが喜んで図面を一緒に確認させていただきます。 プロジェクトの詳細をお送りください そうすればストレートな答えが返ってきます。