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EuroWire – März 2009
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technischer artikel
PVC-Verbesserung:
eine neue Auswahl an
Öko-Mischungen
von Claudia Attanasio und Laura Colloca, B&B Compounds, Italien
Übersicht
Dieser Artikel befasst sich mit einer neuen
Auswahl an Mischungen unter Verwendung
von Nano-Zusatzstoffen, die einen geringeren
Einfluss auf die Umwelt haben, sowohl
bei deren Herstellung wie entlang deren
Lebenszyklus.
Diese
Mischungen
sind
flammbeständig, zeigen eine Reduzierung
der Rauchdichte und der Emissionen
von Chlorwasserstoff auf sowie optimale
elektrische Eigenschaften (wie z. B. hoheWerte
des spezifischen Durchgangswiderstands)
und eine hohe Wärmebeständigkeit mit
einer beträchtlichen Reduzierung der Dichte
und demzufolge des Gewichts. Die Produkte
sind frei von gefährlichen Stoffen, wie z. B.
phosphorhaltigen Weichmachern, DEHP oder
Schwermetallen.
1 Einleitung
Mit einer derartig großen Auswahl an
Einsatzbereichen haben die Kabel sehr
spezifische Anforderungen zu erfüllen.
Viele verschiedene Polymere wurden in
den letzten Jahrzehnten entwickelt, um
den
Bedürfnissen
der
verschiedenen
Anwendungen
zu
entsprechen.
Diese
Polymere können grob in Thermoplasten,
thermoplastische Elastomeren, Elastomeren,
vernetzte Thermoplasten und vernetzte
Elastomeren
unterteilt
werden.
Die
Auswahl des geeigneten Polymers hängt
von den physikalischen und chemischen
Eigenschaften der Mischung ab, die im
Kabelstandard bestimmt ist.
Dank seiner hervorragenden elektrischen
und mechanischen Eigenschaften eignet
sich PVC ideal als Werkstoff für die
Ummantelung, die Isolierung und den Schutz
von Kabeln. PVC-abgedeckte Kabel haben
eine jahrzehntelange Nutzungsdauer, d.h.
eine viel länger Dauer als jene, die andere
Materialientypen garantieren können. Der
mechanische Widerstand und die Robustheit
der Werkstoffe sind bei jeglicher Installation
wichtig, ob es sich um unterirdische
Verlegungen bzw. Verlegungen in Gebäuden
oder in Fußböden handelt. Dank der
elektrischen Merkmale von PVC eignet
sich dieser Werkstoff ideal für Nieder- und
Mittelspannungskabel bis zu 5kV.
Der normale Betriebstemperaturbereich liegt
bei bis zu 70°C, werden jedoch spezifische
Formulierungen eingesetzt, kann dieser
Bereich bis auf 105°C erhöht werden.
PVC bleibt bis unter –40°C stabil und ist
feuchtigkeitsdicht. Die in Industrieanlagen,
Kraftwerken,
Einkaufszentren,
Hotels,
U-Bahn-Tunneln,
Straßentunneln
oder
in
Fahrzeugkonstruktionen
eingesetzten
Kabel haben nicht nur gemäß den
Werkstoffmerkmalen die elektrischen und
mechanischen Normen zu erfüllen sondern
auch den anspruchsvollen Normen der
Flammwidrigkeit zu entsprechen. ImBrandfall
haben die eingesetzten Materialien auch eine
Reduzierung der Dichte, der Toxizität und der
Korrosivität des Feuerrauchs zu zeigen.
In mehreren Studien wurde gezeigt, daß
der Ausbruch und die Entwicklung eines
Brands ein komplexes Thema darstellen.
Viele Faktoren sind bei der Festsetzung der
Beteiligung jedes einzelnen Werkstoffs in
einem Brandfall zu berücksichtigen. Die
verschiedenen
Kunststoffwerkstoffe,
die
in der Bau- und Konstruktionsindustrie
eingesetzt werden, weisen unterschiedliche
Brandverhalten auf. Im Vergleich zu anderen
Kunststoffen, verringert der hohe Chlorgehalt
beim PVC-Polymer dessen Entzündbarkeit
und reduziert die Wärme, die zu einem
Brandfall beiträgt. Wird das Grundpolymer
mit Additiven verdünnt, so verändern sich die
Feuerleistungen.
Hohe Konzentrationen an organischen
Werkstoffen erhöhen die Entflammbarkeit;
während hohe Konzentrationen an unorgani-
schen Materialien die Entflammbarkeit
reduzieren.
PVC-Formulierungen,
sowie
andere
natürliche
und
synthetische
Werkstoffe, setzen Rauch und giftige
Gase frei wenn sie brennen. Beträchtliche
Reduzierungen bei der Entwicklung von
Rauch und Chlorwasserstoff könnten durch
den Einsatz von Sonderadditiven erzielt
werden. Unabhängige Studien ergaben, daß
PVC-Brandgase nicht wesentlich giftiger
sind als andere aus gängigen Baumaterialien
freigesetzten Gase.
In verschiedenen Studien wurde erkannt,
daß
das
Ersetzen
von
traditionellen
Baumaterialien durch PVC keine bedeutende
Änderung der Gefahr eines Brands in
Gebäuden bewirkt.
In einer detaillierten Beurteilung der
gesamten Feuerleistungen eines Werkstoffs
sind viele Faktoren zu berücksichtigen:
Zündung
PVC ist widerstandsfähig gegen Zündung.
Um Hart-PVC zu entzünden wird eine
Temperatur benötigt, die 150°C höher
ist, als die zum Entzünden von Holz. Die
Widerstandsfähigkeit gegen Zündung von
gängigen Weich-PVC-Formulierungen ist
zwar niedrig, doch kann sie mit spezifischen
Formulierungen wesentlich erhöht werden.
Entflammbarkeit
Wenn
ein
Werkstoff
erst
einmal
entzündet ist, bezieht sich die damit
zusammenhängende Gefahr direkt auf
die
Entflammbarkeit
des
Werkstoffs.
Einer der zuverlässigsten, quantitativen
Entflammbarkeits-Modellversuche
ist
der „Limiting Oxygen Index test“, der die
Sauerstoffgrenzkonzentration
in
einem
Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch misst, die nötig
ist, um eine Verbrennung zu unterhalten. Ein
Werkstoff mit einem LOI-Wert über 21 (Luft
enthält 21% Sauerstoff) sollte nicht in der
Luft bei Raumtemperatur brennen, und ein
Wert über 25-27 bedeutet, daß der Werkstoff
nur brennen wird, wenn eine sehr große
Wärme zugeführt wird.
Hart-PVC weist einen Sauerstoffindex von
45-50 auf, im Vergleich zu 21-22 für Holz
und 17-18 für die meisten Thermoplasten.
Sauerstoffindexwerte über 27 können leicht
mitWeich-PVC erreicht werden. Das bedeutet,
daß die meisten Hart- und Weich-PVC nicht
von selbst brennen werden, ohne das Wärme
von anderen Quellen zugeführt wird.
Rauchdichte
Reduzierte Sicht ist ein ernstes Problem
im Brandfall, da sowohl die Orientierung
zu den Fluchtwegen wie auch die Rettung
durch die Feuerwehr erschwert werden.
Feuer reduziert die Sicht vor allem durch
den freigesetzten Rauch. Rreduzierte Sicht
ist jedoch das Ergebnis einer Kombination
von zwei Faktoren: die im Feuer verbrannte
Materialmenge (je höher die Feuerleistungen
des Werkstoffs sind desto geringer wird
der Anteil sein) und die je verbrannte
Materialeinheit freigesetzte Rauchmenge.
Verschiedene empirische Parameter wurden
vorgeschlagen, um den unvollständigen