それでもプラスチックバルブプラスチックバルブは、産業システム用のプラスチック配管製品を製造または設計する人や、超クリーンな機器を必要とする人にとっての第一選択肢となるなど、特殊な製品と見なされることもありますが、これらのバルブには一般的な用途があまりないと考えるのは早計です。実際には、今日のプラスチックバルブは幅広い用途があります。材料の種類が拡大し続けており、これらの材料を必要とする優秀な設計者のおかげで、これらの多機能ツールを使用する方法がますます増えているからです。

プラスチックの特性

熱可塑性バルブの利点は多岐にわたります。耐腐食性、耐薬品性、耐摩耗性、滑らかな内壁、軽量、設置の容易さ、長寿命、ライフサイクルコストの低減などが挙げられます。これらの利点により、プラスチックバルブは、配水、廃水処理、金属および化学処理、食品および医薬品、発電所、石油精製所、および製造業などの商業および産業用途で広く受け入れられています。プラスチックバルブは、さまざまな構成で使用されるさまざまな材料から製造できます。最も一般的な熱可塑性バルブは、ポリ塩化ビニル（PVC）、塩素化ポリ塩化ビニル（CPVC）、ポリプロピレン（PP）、およびポリフッ化ビニリデン（PVDF）で作られています。PVCおよびCPVCバルブは、ソケット端またはねじ込みフランジ端を溶剤で接着して配管システムに接合するのが一般的ですが、PPおよびPVDFは、熱、突合せ、または電気融着技術によって配管システムコンポーネントを接合する必要があります。

熱可塑性バルブは腐食性環境で優れた性能を発揮しますが、鉛フリー¹で脱亜鉛腐食に強く、錆びないため、一般的な給水用途にも同様に有用です。PVCおよびCPVC配管システムとバルブは、健康への影響に関するNSF（米国衛生財団）規格61（附属書Gの低鉛要件を含む）に準拠して試験および認証を受ける必要があります。腐食性流体に適した材料の選択は、製造元の耐薬品性ガイドを参照し、温度がプラスチック材料の強度に及ぼす影響を理解することで対応できます。

ポリプロピレンはPVCやCPVCの半分の強度しかないものの、既知の溶剤が存在しないため、最も汎用性の高い耐薬品性を備えています。PPは濃酢酸や濃水酸化物に対して優れた性能を発揮し、ほとんどの酸、アルカリ、塩、および多くの有機化学物質の穏やかな溶液にも適しています。

PPは、着色されたものと無着色のもの（天然素材）があります。天然PPは紫外線（UV）によって著しく劣化しますが、2.5%以上のカーボンブラック顔料を含む化合物は、紫外線による劣化を十分に抑制します。

PVDF配管システムは、その強度、使用温度範囲、塩類、強酸、希塩基、および多くの有機溶剤に対する耐薬品性から、医薬品から鉱業まで、さまざまな産業用途で使用されています。PPとは異なり、PVDFは日光によって劣化しませんが、日光に対して透明なため、流体が紫外線にさらされる可能性があります。天然の無着色PVDFは高純度の屋内用途に最適ですが、食品グレードの赤色などの顔料を添加することで、流体媒体に悪影響を与えることなく日光にさらされることが可能になります。

プラスチックシステムは、温度変化や熱膨張・収縮への感受性など、設計上の課題を抱えているが、エンジニアは一般環境および腐食環境向けに、耐久性とコスト効率に優れた配管システムを設計することが可能であり、実際に設計してきた。設計上の大きな考慮事項は、プラスチックの熱膨張係数が金属よりも大きいことである。例えば、熱可塑性樹脂の熱膨張係数は鋼鉄の5～6倍である。

配管システムを設計し、バルブの配置やバルブ支持部への影響を考慮する際、熱可塑性樹脂における重要な考慮事項の一つは熱膨張です。熱膨張と収縮によって生じる応力や力は、配管システムの方向を頻繁に変更したり、膨張ループを導入したりすることで柔軟性を持たせることで軽減または解消できます。配管システム全体にこのような柔軟性を持たせることで、プラスチックバルブが負担する応力を軽減できます（図1）。

熱可塑性樹脂は温度に敏感であるため、温度が上昇するとバルブの圧力定格が低下します。異なるプラスチック材料は、温度上昇に伴う圧力低下がそれぞれ異なります。流体温度は、プラスチックバルブの圧力定格に影響を与える唯一の熱源ではない可能性があります。最大外部温度も設計上の考慮事項に含める必要があります。場合によっては、配管の外部温度を考慮しない設計を行うと、配管支持がないために過度のたるみが生じる可能性があります。PVCの最大使用温度は140°F、CPVCは220°F、PPは180°F、PVDFバルブは280°Fまでの圧力を維持できます（図2）。

一方、温度スケールのもう一方の極では、ほとんどのプラスチック配管システムは氷点下でも十分に機能します。実際、熱可塑性樹脂配管の引張強度は温度が低下するにつれて増加します。しかし、ほとんどのプラスチックの耐衝撃性は温度低下とともに低下し、影響を受けた配管材料には脆さが現れます。バルブと隣接する配管システムが乱されず、衝撃や物体の衝突によって損傷を受けず、取り扱い中に配管を落とさない限り、プラスチック配管への悪影響は最小限に抑えられます。

熱可塑性バルブの種類

ボールバルブ、逆止弁,バタフライバルブダイヤフラムバルブは、スケジュール 80 圧力配管システム用のさまざまな熱可塑性材料で用意されており、多数のトリム オプションとアクセサリも用意されています。標準のボールバルブは、接続配管を中断することなくメンテナンスのためにバルブ本体を取り外せるように、真のユニオン設計になっているのが一般的です。熱可塑性チェックバルブは、ボールチェック、スイングチェック、Y チェック、コーンチェックとして利用できます。バタフライバルブは、ANSI クラス 150 のボルト穴、ボルトサークル、および全体の寸法に適合するため、金属フランジと簡単に嵌合します。熱可塑性部品の滑らかな内径は、ダイヤフラムバルブの精密な制御をさらに向上させます。

PVCおよびCPVC製のボールバルブは、米国および海外の複数の企業によって、1/2インチから6インチまでのサイズで、ソケット式、ねじ込み式、フランジ式接続方式で製造されています。現代のボールバルブの真のユニオン設計は、本体にねじ込まれる2つのナットで構成され、本体とエンドコネクタ間のエラストマーシールを圧縮します。一部のメーカーは、隣接する配管を変更することなく古いバルブを簡単に交換できるように、数十年にわたり同じボールバルブの設置長さとナットのねじ山を維持しています。

エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）エラストマーシールを備えたボールバルブは、飲料水で使用する場合、NSF-61Gの認証を取得している必要があります。化学的適合性が懸念されるシステムでは、フッ素系炭化水素（FKM）エラストマーシールを代替品として使用できます。FKMは、塩化水素、塩溶液、塩素化炭化水素、石油を除く、鉱酸を含むほとんどの用途にも使用できます。

図 3. タンクに取り付けられたフランジ付きボールバルブ図 4. 垂直に取り付けられたボールチェックバルブPVC および CPVC ボールバルブ (1/2 インチから 2 インチ) は、最大非衝撃水サービスが 73°F で 250 psi にもなる温水および冷水用途に適したオプションです。2-1/2 インチから 6 インチの大型ボールバルブは、73°F で 150 psi という低い圧力定格になります。化学薬品の輸送によく使用される PP および PVDF ボールバルブ (図 3 および 4) は、ソケット、ねじ込み、またはフランジ接続で 1/2 インチから 4 インチのサイズがあり、周囲温度で最大非衝撃水サービスが 150 psi に定格されています。

熱可塑性ボール逆止弁は、比重が水よりも小さいボールを使用しているため、上流側で圧力が失われると、ボールがシール面に押し戻される仕組みになっています。これらの弁は、システムに新たな材料を導入しないため、同様のプラスチックボール弁と同じ用途で使用できます。他のタイプの逆止弁には、腐食性環境では耐久性に問題が生じる可能性のある金属製のスプリングが使用されている場合があります。

図 5. エラストマー ライナー付きバタフライ バルブ 2 インチから 24 インチのサイズのプラスチック バタフライ バルブは、大径配管システムでよく使用されます。プラスチック バタフライ バルブの製造業者は、構造とシール面に関してさまざまなアプローチを採用しています。エラストマー ライナー (図 5) または O リングを使用するものもあれば、エラストマー コーティング ディスクを使用するものもあります。本体を 1 つの材料で作るものもありますが、内部の接液部品がシステム 材料として機能します。つまり、ポリプロピレン バタフライ バルブの本体には、EPDM ライナーと PVC ディスクが含まれている場合や、一般的な熱可塑性樹脂とエラストマー シールを使用した他のいくつかの構成が含まれている場合があります。

プラスチック製バタフライバルブの取り付けは簡​​単です。これらのバルブはウェハー型で、本体にエラストマー製シールが組み込まれているため、ガスケットを追加する必要はありません。2つのフランジの間に挟み込むように設置し、ボルトで固定する際は、推奨トルクまで3段階に分けて慎重に締め付ける必要があります。これは、バルブ表面全体に均一なシールを確保し、バルブに不均一な機械的応力がかからないようにするためです。

図6. ダイヤフラムバルブ金属バルブの専門家は、ホイールと位置表示器を備えたプラスチックダイヤフラムバルブの上部構造に見覚えがあるでしょう（図6）。しかし、プラスチックダイヤフラムバルブには、熱可塑性樹脂製の本体の滑らかな内壁など、いくつかの明確な利点があります。プラスチックボールバルブと同様に、これらのバルブのユーザーは、バルブのメンテナンス作業に特に役立つ真のユニオン設計を取り付けることができます。または、フランジ接続を選択することもできます。本体とダイヤフラムの材質のオプションが豊富なため、このバルブはさまざまな化学用途に使用できます。

他のバルブと同様に、プラスチックバルブの作動における鍵は、空気圧式か電動式か、直流電源か交流電源かといった動作要件を決定することです。しかし、プラスチックの場合、設計者と使用者はアクチュエータの周囲環境の種類も理解する必要があります。前述のように、プラスチックバルブは腐食性環境、特に外部腐食性環境において優れた選択肢となります。そのため、プラスチックバルブ用アクチュエータの筐体材質は重要な検討事項となります。プラスチックバルブメーカーは、プラスチック被覆アクチュエータやエポキシ樹脂コーティングされた金属ケースなど、こうした腐食性環境のニーズを満たすための選択肢を提供しています。

この記事が示すように、今日のプラスチックバルブは、新しい用途や状況に対応するためのあらゆる種類の選択肢を提供している。