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Standardthermoplaste - Polyethylen (PE)

Chemikalienbeständigkeit von Polyethylen

Auszug aus
Gottfried Wilhelm Ehrenstein, Sonja Pongratz

Die Beständigkeit von Kunststoffen

09/2007, € 279,99
ISBN: 978-3-446-41149-4
S. 703-707

Die Beständigkeit von Polyethylen nimmt mit steigender Dichte zu. Daher ist PE-HD grundsätzlich beständiger als PE-LD oder PE-LLD. Zeitstandversuche an PE-HD zeigen einen deutlichen Unterschied der Standzeiten in Wasser und Luft.

Polyethylen niederer Dichte

PE-LD und PE-LLD sind beständig gegen Wasser, verdünnte Säuren, Laugen, Lösungen anorganischer Stoffe, Lösungsmittel, Alkohole, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Benzin. Fette und Öle quellen sie wenig an. PE-LD und PE-LLD sind nicht beständig gegen starke Säuren und Oxidationsmittel, oxidierende Säuren, Ester, Ketone sowie aromatische und chlorierte Kohlenwasserstoffe [1].

Polyethylen hoher Dichte

Bild 1: Zeitstandfestigkeit von PE-HD-Rohren unter Einfluss von Wasser und anorganischen Chemikalien bei verschiedenen Temperaturen [2]

Die Beständigkeit von Polyethylen nimmt mit steigender Dichte zu; grundsätzlich ist PE- HD beständiger als PE-LD oder PE-LLD. Der Widerstand gegen Spannungsrissbildung ist bei PE-HD etwas geringer als bei PE-LD und PE-LLD.

PE-HD ist beständig gegen Heißwasser, Mineralsäuren, Laugen, Lösungen anorganischer Salze, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ester, Ketone, Mineralöle, Amine, organische Säuren, Fette und Öle. Nicht beständig ist PE-HD gegen oxidierende Säuren, aromatische Kohlenwasserstoffe, Kraftstoffe und Detergenzien (je nach Typ).

Zeitstandversuche an PE-HD zeigen einen auffallend großen Unterschied der Standzeiten in Wasser und Luft. Beide Medien sind gegenüber PE-HD vollkommen indifferent, ebenso wie netzmittelhaltiges Wasser, Kochsalzlösung, Kupferelektrolytlösung und Natronlauge [2].

Oxidierende Medien, wie Natriumhypochlorit, Salpetersäure und Chromsäure rufen Abbaureaktionen an der Rohrinnenseite hervor. Ist in der abgebauten Schicht erstmals ein Riss entstanden, so wandert er infolge der Kerbwirkung auch in das ungeschädigte Material hinein [2].

Die Wirkung anorganischer Substanzen kann für Polyethylen in vier Gruppen eingeteilt werden:

  • Wässrige Lösungen von nicht oxidierend oder quellend wirkenden Säuren, Laugen und Salzen: Resistenzfaktor fCRt ≥ 1 (z. B. Kochsalzlösung, s. Bild 1 oben links)
  • Wässrige Lösungen von Substanzen, die in geringer Menge in Polyethylen eindringen und dadurch eine Gewichtszunahme und Quellung bewirken: fCRt < 1 (z. B. Salzsäure, oder Essigsäure, s. Bild 1 Mitte)
  • Wässrige Lösungen von oxidierend wirkenden Substanzen: fCRt < 1 (z. B. Chromsäure, s. Bild 1 oben rechts bzw. Schwefelsäure in hoher Konzentration, s. Bild 1 unten)
  • Wässrige Lösungen von Netzmitteln: fCRt < 1.

Bild 2: Zeitstandfestigkeit von PE-HD-Rohren unter Einfluss von Wasser und organischen Chemikalien bei verschiedenen Temperaturen [2]

Organische Substanzen haben auf Polyolefine eine mehr oder weniger stark quellende Wirkung, Bild 2. Dies macht sich in einer Gewichtszunahme und einer Verringerung der Streckgrenze bzw. des E-Moduls bemerkbar. Die Quellung ist von der chemischen Natur der organischen Stoffe abhängig. Aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wirken stark quellend. Enthalten sie jedoch funktionelle Gruppen, wie z. B. Alkohol-, Säure-, Aldehyd-, Amino-Gruppen, so ist die quellende Wirkung je nach Struktur der Verbindung wesentlich geringer. Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind dagegen stark quellend [2].

Die Resistenzfaktoren quellender Medien sind in den meisten Fällen spannungsabhängig. Die Medienkurven von quellenden organischen Substanzen verlaufen umso niedriger und flacher, je stärker die Quellwirkung ist. Damit ist die Verwendung von PE-HD-Rohren für diese Substanzen auf niedrige Temperaturen und Drücke beschränkt. Bei den schwach quellenden Medien sind die Resistenzfaktoren etwas höher, mit Ausnahme von konzentrierter Essigsäure, Alkohole verhalten sich am günstigsten [2].

Bild 3: Ergebnisse (Punkte) der Zeitstandinnendruckversuche an bimodalem PE-HD und Gegenüberstellung mit den Mindestanforderungen nach DIN 8075 (Linien) [4]

Bimodales PE-HD

Bild 3 zeigt die Zeitstandinnendruckkurven von bimodalem PE-HD. Zusätzlich ist die Mindestanforderung an ein PE100 nach DIN 8075 [3] eingetragen [4].

Soweit bislang bekannt ist, tritt bei den Zeitstandinnendruckversuchen der spannungsrissinduzierte, schräge Kurvenast nicht auf. Die bimodalen PE-HD-Typen sind also sehr gut spannungsrissbeständig, was sich durch den Aufbau aus PE-Ketten aus unterschiedlicher Molmasse gut erklären lässt. Auch Kurzzeitversuche an gekerbten Proben ergeben für das bimodale PE-HD eine erheblich reduzierte Spannungsrissempfindlichkeit [4].

Damit ist die Lebensdauer von Gas- und Wasserrohren aus diesen PE-HD-Typen im Wesentlichen durch den Gehalt an Langzeit-Stabilisator und dessen Verbrauch bestimmt [4].

Auszug aus
Gottfried Wilhelm Ehrenstein, Sonja Pongratz

Die Beständigkeit von Kunststoffen

09/2007, € 279,99
ISBN: 978-3-446-41149-4
S. 703-707
Literaturhinweis

[1] Krebs, C., Avondet, M.-A., Leu, K. W.: Langzeitverhalten von Thermoplasten, Carl Hanser Verlag München, 1999

[2] Diedrich, G., Kempe, B., Graf, K.: Zeitstandfestigkeit von Rohren aus Polyethylen (HDPE) und Polypropylen (PP) unter Chemikalieneinwirkung, Kunststoffe, 69 (1979) 8, S. 470 – 476

[3] DIN 8075 Rohre aus Polyethylen (PE) – PE 63, PE 80, PE 100, PE-HD – Allgemeine Güteanforderungen, Prüfungen; Beiblatt: Chemische Widerstandsfähigkeit von Rohren und Rohrleitungsteilen, 1984 – 1999

[4] Schulte, U.: 100 Jahre Lebensdauer, Kunststoffe, 87 (1997) 2, S. 198 – 201

Weiterführende Information
  • Standardthermoplaste - Polyethylen (PE)

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