EoW March 2009

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. 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 Entflammbarkeit Wenn ein Werkstoff erst

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EuroWire – März 2009