PVCプラスチックパイプの融点はどのくらいですか?

間違った種類のパイプに熱湯を流そうとしたことがある場合、あるいはさらに悪いことに、ヒートガンをパイプに近づけすぎたことがあります。PVC フィッティング-この物質が高温に弱いことはすでにご存知でしょう。しかし、ここが難しいところです。 PVC パイプの正確な融点について 10 人のエンジニアに質問すると、10 通りの異なる答えが得られるでしょう。それは正確には、誰かが間違っているからではありません。それは、PVC が角氷のように溶けないからです。

私がこのことを知ったのは、2019 年に請負業者の友人がパニックになって私に電話をかけてきたときでした。彼の乗組員は、スケジュール 40 の PVC 排水ラインの一部を誤って加熱ダクトに近づけすぎてしまいました。 -まだ-致命的な事態は起こっていませんが、パイプは確実に歪んでいました。彼は、彼らがどのくらい「溶ける」状態に近づいているのかを知りたかったのです。正直な答えは？実際の溶融温度には程遠いものでした。しかし、それはパイプが大丈夫だったという意味ではありません。

まず技術的な話はやめましょう。標準的な PVC パイプ-排水管-廃棄物-通気システムや冷水供給に使用する種類-）は、75 ～ 80 度（167 ～ 176 度 F）あたりから軟化し始めます。完全に溶ける？これは 160 度から 210 度 (華氏 320 度から 410 度) の範囲で発生します。しかし、正直に言うと、パイプが 160 度近くになる場合は、その点に到達するずっと前に、何かが重大な問題を抱えていることになります。

問題は、PVC は材料科学者が「非晶質」ポリマーと呼ぶものであるということです。鮮明で明確な融点を持つ金属とは異なり、-水は 0 度で凍り、鉄は 1538 度で溶けます。きれいで清潔な-PVC は、さまざまな温度で徐々に軟化します。氷が水になるというよりは、カウンターの上でバターが温まるのと似ています。 140 度に達するまでに、ただ柔らかくするだけでは済みません。あなたは分解を扱っています。物質が分解し始め、塩化水素ガスが放出されます。厄介なこと。吸わないでください。

これは、ほとんどの人が思っている以上に重要です。硬質 PVC (uPVC または RPVC とも呼ばれます) と軟質 PVC は、熱下ではまったく異なる挙動を示します。硬いもの-標準的な白い排水管-は、耐熱性スケールでより高い位置にあり、連続運転に使用できる温度は約 60 度までです。 65度を超えるとトラブルが発生します。

軟質PVCだけど？これには可塑剤が混ぜられています。これらの可塑剤は材料を曲げやすくし、しなやかにしますが、耐熱性も低下させます。一部の柔軟な PVC コンパウンドは、50 度程度の温度で柔らかくなり始めます。医療用チューブのメーカーが特定のグレードの最高温度をわずか 40 度に指定しているのを見たことがあります。

簡単な注意: 給湯ライン用の「高温 PVC パイプ」を売りつけようとする人がいたら、疑ってください。-おそらく意味するのは、CPVC-塩素化ポリ塩化ビニル-であり、まったく別の動物です。 CPVC は最大 93 度 (200 度 F) までの連続温度に対応でき、溶融範囲は 230 ～ 260 度に近くなります。コストは高くなりますが、お湯の分配を可能にするコードには理由があります。

PVC の熱限界について学ぶときに誰も教えてくれないことは次のとおりです。融点は実用目的にはほとんど無関係です。パイプが水たまりになるずっと前に、パイプは一連の悪い変化を経ます。

約 60 度で、スケジュール 40 PVC は大幅な引張強度を失い始めます。圧力定格が低下します。室温で 280 psi 定格のパイプは、高温では 100 psi にしか耐えられない可能性があります。 70 度では、あらゆる種類の圧力下で重大な変形のリスクが生じます。パイプはすぐには破裂しないかもしれませんが、数週間放置すると、膨らみやたるみ、おそらくは接合部の破損が見られるでしょう。

ここがイライラする部分です-これらの影響は累積的です。パイプを50度で何ヶ月も続けて運転すると、老化プロセスが加速します。材料が脆くなってしまいます。耐衝撃性が低下します。 30年続くはずだったものが、15年でひび割れてしまうかもしれない。ほとんどのメーカーはこれを直接教えてくれませんが、技術情報の細字を読めばすべてが記載されています。

実験室の融点のことはちょっと忘れてください。現場では、PVC パイプの問題の実際の原因は次のとおりです。

給湯器の吐水。標準的なタンク ヒーターは 49 ～ 60 度 (120 ～ 140 度 F) の水を出力します。これは、PVC としては許容範囲のギリギリにあります。通常、法律では、給湯器からの最初の 18 インチの配管が金属または CPVC であることを要求しています。これはまさにこの理由からです。 DIY ユーザーがこのステップを省略しているのを見たことがあります。彼らはいつもそれを後悔します。

夏には屋根裏部屋のインスタレーション。フェニックスやヒューストンの換気の悪い屋根裏部屋は、天気が悪い日には 65 度（華氏 150 度）に達することがあります。 PVC の排水管がそこを通っていると、毎年夏になるとゆっくりと調理されてしまいます。パイプは溶けませんが、劣化が早くなります。一部の管轄区域では、まさにこの理由により、シールドまたはルート変更が必要になっています。

火の近接。これは明白ですが、言及する価値があります。 PVC は約 391 度で発火し、酸素指数約 45 で燃焼します。つまり、実際にはかなり難燃性があります。-しかし、建造物火災では、それは小さな慰めです。本当に危険なのは、燃焼中に発生する塩素ガスです。

さて、ここでは少しオタク的な話になりますが、PVC がそのように動作する理由を実際に理解したい場合、これは重要です。

PVC の分子構造は、塩化ビニル モノマーの長鎖で構成されています。{0}基本的には炭素、水素、塩素の繰り返し単位です。これらのチェーンを加熱すると、より激しく振動し始めます。最終的には、塩素原子が解放され始めます。このプロセスは-脱塩化水素と呼ばれます-。実際の溶解温度よりもはるかに低い約 140 ～ 150 度で開始されます。

遊離した塩素は水素と結合して HCl ガスを形成します。塩化水素。これは腐食性があり、呼吸器組織に損傷を与えるため、制御されていない環境で PVC を-決して-燃やしてはなりません。パイプメーカーはこの故障を遅らせるために熱安定剤（鉛安定剤は人気がなくなったため、最近では通常カルシウム-亜鉛またはバリウム-亜鉛化合物）を追加しますが、できることは限られています。

工場での PVC 加工に精密な温度管理が必要になるのもこのためです。押し出し中に熱が高すぎると、パイプになる前に材料の劣化が始まります。 「物質が適切に流れる」ことと「物質が自ら破壊する」ことの間の窓は驚くほど狭いです。処方にもよりますが、約 20 ～ 30 度。

分子量の高い PVC は耐熱性が高くなります。それがショートバージョンです。ポリマー鎖が長いほど、絡み合いが増し、熱安定性が増し、軟化点が若干高くなります。ただし、-これと引き換えに--高分子量 PVC は加工が難しくなります。製造中はそれほど簡単には流れません。したがって、パイプメーカーはこれらの特性のバランスをとります。スケジュール 80 パイプはより厚く、通常は工業用途向けに作られており、多くの場合、スケジュール 40 とはわずかに異なる配合を使用します。常に分子量が高いわけではありませんが、場合によっては使用されます。メーカーにより仕様が異なります。

熱特性を検証したい場合は、業界標準のテストとして、熱たわみ温度については ASTM D648、ビカット軟化点については ASTM D1525 を使用してください。{0}}ほとんどの PVC パイプは、約 77-85 度程度のビカット軟化温度を示します。標準荷重で測定した熱たわみ温度-は、通常 57 ～ 82 度の範囲にあります。

これらのテストは客観的で再現可能な数値が得られるため重要です。工学目的では「融点」よりもはるかに便利です。システムを設計するときに知りたいのは、この材料が負荷を受けて破損し始める温度は何度かということです。それがあなたの本当の限界です。べたべたになる温度ではありません。

材料分析を行う場合、示差走査熱量測定 (DSC) を使用すると正確な熱転移を特定できますが、これは現場で使用するものというよりは研究ツールです。

物事を客観的に見ることが役立つ場合もあります。

CPVC は最大 93 度まで連続的に処理します。 115〜125度程度で柔らかくなり、230〜260度の範囲で完全に溶けます。標準的なPVCよりも全体的に約40〜50度優れています。

ABSパイプ（排水管によく使われる黒いやつ）は88～102度くらいで柔らかくなります。耐熱性はPVCよりわずかに優れていますが、耐薬品性は劣ります。

PEX-現代の配管に使用されている柔軟な架橋ポリエチレン--は、短時間であれば 82 ～ 95 度までの温度に耐え、連続定格は約 60 度です。 PVC と同様の性質を持ちますが、耐凍性ははるかに優れています。

もちろん、銅ははんだ付け領域（一般的な接合部では 450 度）に達するまでは温度を気にしません。しかし、銅の価格は 4 倍であり、熟練した設置が必要です。 PVC が熱的な制限にもかかわらず市場を支配しているのには理由があります。

これを必要以上に複雑にするつもりはありません。何年もこの問題に取り組んできた私の実際的な見解は次のとおりです。

最大 40 度 (104 度 F):心配ない。 PVC は定格通りの性能を発揮します。

40 ～ 60 度 (104 ～ 140 度 F):注意ゾーン。短期間の暴露は問題ありません。-圧力定格を 20 ～ 50% 下げます。メーカーの仕様を確認してください。

60 ～ 75 度 (140 ～ 167 度 F):危険領域。大幅な体力の低下。圧力がかかると変形する可能性があります。代替材料を検討してください。

75 度 (167 度 F) を超える場合:やめてください。ただやめてください。 CPVC、銅、またはアプリケーション向けに定格されたものを使用してください。

140度以上：物質は活発に分解されています。この時点では、パイプの選択よりも大きな問題があります。

「塩ビパイプの融点は何度ですか?」十分に簡単に思えます。しかし、エンジニアリングにおけるほとんどのことと同様、答えは実際に何を知る必要があるかによって異なります。パイプが文字通り溶けて水たまりになるのではないかと心配している場合は、リラックスしてください。-温度が 160 度を超えると、その点に到達する前にさらに大きな問題が発生するはずです。安全な動作限界が気になる場合は、それははるかに低くなります。圧力と持続時間に応じて、ほとんどの用途では 40 ～ 60 度の間になります。

材料科学は-非晶質ポリマー、脱塩酸、分子量分布-などの分野で興味深いものですが、結局のところ、ほとんどの人が知りたいのは、自分のパイプがその仕事に対応できるかどうかだけです。冷水や排水用ですか？ PVCって素晴らしいですね。安価で耐久性があり、加工が容易です。熱湯または高温環境用ですか?-他の場所を見てください。

また、PVC フィッティングの近くでヒートガンを持っていることに気付いた場合は、覚えておいてください。損傷が見えるまでに、材料の特性は目に見えない形ですでに変化しています。優しく扱ってください。または、CPVC に切り替えて心配する必要はありません。

本当にそれだけです。