(9)熱膨張及び熱応力

 架橋ポリエチレンの線膨張係数と縦弾性係数の代表値を表3.7に示す。

表3.7 架橋ポリエチレン管の線膨張係数と縦弾性係数
項 目 適用温度 単位 代表値
線膨張係数 20℃ 1/℃ 1.4×10-4
100℃ 1/℃ 2.0×10-4
縦弾性係数 20℃ N/mm2
{kgf/cm2}
588
{6,000}
80℃ N/mm2
{kgf/cm2}
147
{1,500}

 架橋ポリエチレン管の熱膨張率は、銅管や鋼管等に比べると10〜20倍と大きいため、給湯や温水配管の場合は事前に気配りが大切である。
 常温で配管したものに温水を通すと、顕著な蛇行が現れたり、逆に冷水が通ると強く張った状態になる。露出配管を行なう場合は通湯による撓みについて、あらかじめ関係者の了解を得ておく方が無難である。
 給湯管の場合、配管10m当たりの膨張量は100mm前後にもなり、さや管工法の立ち上げ部を露出させたりあるいは剛性の小さな保温材で被覆したままではこの部分膨張による撓みが集中し、条件によっては管が急激に曲がり、管路を狭めることがある。そのため、さや管出口で管を固定したり、立ち上がり部も十分な剛性のある被覆を行なう等の処置によって膨張をさや管内に分散させ、抑え込むことが必要である。
 熱応力に関しては、前述のように熱膨張が大きいにもかかわらず弾性係数が金属管と比べ、1/200〜1/1000と小さいため、熱応力は比較的小さく、実用上問題となることはない。また、膨張を分散させるのも小さな力で済み、特に難しいことではない。
 架橋ポリエチレン管は、他のプラスチックと同様に線膨張係数が実用温度範囲でも温度によって、また弾性係数は温度、変形量(歪み量)及び変形速度によってもかなり変動し、金属の場合と異なり、熱応力を厳密に計算で求めることが困難であるが、参考までに概略計算の一例を示す。

(例) さや管に納められた述べ長さ10mの呼び径13パイプ(水道用架橋ポリエチレン管の
M種または架橋ポリエチレン管PN15のM種)の場合

■■■ 20℃にて工事を行い、80℃の通湯をしたときの熱膨張量
ΔL=L・a・Δt=96 (mm)
ただし、 a: 20〜80℃の平均線膨張係数 1.6×10-4 (1/℃)
L: パイプの長さ 10,000mm
Δt: 温度差60 (℃)
 
■■■ パイプの両端を固定し、さや管には蛇行を生じるような隙間がないと
みなしたときの発生熱応力
σt=E・ε=1.41N/mm2 {14.4kgf/cm2}
ただし、 E: 80℃における縦弾性係数 147.1N/mm2 {1500kgf/cm2}
ε: 歪み量
ε=ΔL/L=0.0096
パイプを固定する器具に働く荷重
W=σt・A=138.2N {14.1kgf}
ただし、 A: パイプ管肉部の断面積 0.98cm2

 なお、実際のさや管では、通管がしやすいようにさや管内壁とパイプの間に隙間があり、パイプ両端部を固定されるとさや管内で蛇行するため、実際に固定器具に働く荷重は上記の値よりもかなり減少する(配管の状況によって値は異なる)。
 また引張弾性係数の温度と変形量の関係の概念を参考までに図3.10に示す。

図3.10 引張弾性係数と温度、歪み、引張速度の関係線図


(10)衛生性

 JIS K6769及びJIS K6787では、浸出試験により架橋ポリエチレン管の衛生性について規定し、「給水装置の構造及び材質の基準に関する省令(平成九年三月十九日厚生省令第十四号)」で対応する項目並びに残留塩素の減量について定める。
http://law.e-gov.go.jp/htmldata/H09/H09F03601000014.html (17.12.22現在)

 また、プラスチック製品の衛生性の基準として、厚生省告示の食品衛生法規(昭和五十七年二月十六日の厚生省告示二十号)があり、架橋ポリエチレン管は、いずれの基準も満足するものである。