Statischer Mischer mit PVC-Material

Die erste Wahl unter den Materialien für statische Mischer ist PVC-Material, das einfacher herzustellen ist und eine gute Haltbarkeit aufweist.

Polyvinylchlorid (PVC)

Polyvinylchlorid ist ein thermoplastisches Material, das aus PVC-Harz in Kombination mit verschiedenen Anteilen an Stabilisatoren, Gleitmitteln, Füllstoffen, Pigmenten, Weichmachern und Verarbeitungshilfsmitteln besteht. Es wurden verschiedene Kombinationen dieser Materialien entwickelt, um spezifische Eigenschaftsgruppen für unterschiedliche Anwendungen zu erhalten. Der Großteil jeder Verbindung besteht jedoch aus PVC-Harz.

Der Fachbegriff für PVC in der organischen Chemie ist Poly(vinylchlorid): ein Polymer, also eine Kette von Molekülen aus Vinylchlorid. Klammern werden in der populären Literatur nicht verwendet und üblicherweise mit PVC abgekürzt. In Fällen, in denen sich die Diskussion auf einen bestimmten PVC-Rohrtyp bezieht, wird dieser Typ wie folgt klar definiert. Wenn die Diskussion allgemein ist, wird der Begriff „PVC-Rohre“ verwendet, um den Bereich der von Windex gelieferten Druck-PVC-Rohrmaterialien abzudecken.

Verschiedene Arten von Polyvinylchlorid

Die PVC-Compounds mit der höchsten Kurzzeit- und Langzeitfestigkeit sind jene ohne Weichmacher und mit minimalem Mischungsmaterialanteil. Diese Art von PVC wird als UPVC oder PVC-U bezeichnet. Andere Harze oder Modifikatoren (wie ABS, CPE oder Acryl) können UPVC zugesetzt werden, um Verbindungen mit verbesserter Schlagfestigkeit herzustellen. Diese Verbindungen werden als modifiziertes PVC (PVC-M) bezeichnet.

Durch die Zugabe von Weichmachern lassen sich auch Weich- oder Weich-PVC-Compounds mit vielfältigen Eigenschaften herstellen. Andere PVC-Typen werden als CPVC (PVC-C) (chloriertes PVC) bezeichnet, das einen höheren Chlorgehalt aufweist, und als orientiertes PVC (PVC-O), bei dem es sich um PVC-U handelt, bei dem die Moleküle bevorzugt in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sind. nehmen

PVC-U (nicht plastisch)  ist hart und steif, hat eine maximale Zugspannung von etwa 52 MPa bei 20 °C und ist beständig gegen die meisten Chemikalien. Im Allgemeinen kann PVC-U bei Temperaturen bis zu 60 °C verwendet werden, wobei die tatsächliche Temperaturgrenze von der Beanspruchung und den Umgebungsbedingungen abhängt.

PVC-M (modifiziert)  ist steif und weist eine verbesserte Zähigkeit auf, insbesondere bei Stößen. Der Elastizitätsmodul, die Streckgrenze und die Zugfestigkeit sind im Allgemeinen niedriger als bei PVC-U. Diese Eigenschaften hängen von der Art und Menge des verwendeten Modifikators ab.

PVC (weichgemacht)  ist weniger hart. Es hat eine hohe Schlagkraft; Leichter zu extrudieren oder zu formen. Es hat eine geringere Temperaturbeständigkeit; Es ist weniger chemikalienbeständig und weist in der Regel eine geringere Zugfestigkeit auf. Die Variation von Mischung zu Mischung ist bei Kunststoff-PVC größer als bei PVC-U. Vinidex stellt keine Druckrohre aus Kunststoff-PVC her.

PVC-C (chloriert)  ähnelt in den meisten Eigenschaften PVC-U, weist jedoch eine höhere Temperaturbeständigkeit auf und kann bis zu 95 Grad Celsius eingesetzt werden. Es hat eine ähnliche Höchstspannung bei 20 °C und eine Höchstzugspannung von etwa 15 MPa bei 80 °C.

PVC-O (orientiertes PVC)  wird manchmal auch als HSPVC (hochfestes PVC) bezeichnet. PVC-O-Rohre stellen einen großen technologischen Fortschritt in der PVC-Rohrindustrie dar.

PVC-O wird durch einen Prozess hergestellt, der zu einer bevorzugten Ausrichtung langkettiger PVC-Moleküle in Umfangs- oder Ringrichtung führt. Es sorgt für eine deutliche Steigerung der Eigenschaften in dieser Richtung. Unter anderem kann bei PVC-O eine bis zu doppelt so hohe Zugfestigkeit wie bei PVC-U erreicht werden. Bei Anwendungen wie Druckrohren, bei denen eine genau definierte Spannungsrichtung vorliegt, können sehr erhebliche Festigkeitsgewinne und/oder Materialeinsparungen erzielt werden.

Typische Eigenschaften von PVC-O in Ringrichtung sind:

• Zugfestigkeit von PVC-O – 90 MPa
• Elastizitätsmodul von PVC-O – 4000 MPa

Die Verbesserung von Eigenschaften durch molekulare Orientierung ist allgemein bekannt und einige industrielle Beispiele werden seit mehr als dreißig Jahren hergestellt. In jüngster Zeit wird es für Konsumgüter wie Folien, hochfeste Müllsäcke, Limonadenflaschen und dergleichen verwendet.

Die Technik der molekularen Orientierung auf PVC-Rohren wurde in den 1970er Jahren von Yorkshire Imperial Plastics entwickelt, und tatsächlich wurde die erste Testanlage 1974 mit 100-mm-Rohren von der Yorkshire Water Authority in England gebaut. Vinidex begann Anfang 1982 mit der Produktion in einer Pilotanlage für PVC-O-Rohre, und PVC-O-Rohre wurden erstmals 1986 in Australien installiert. Seitdem hat Vinidex das Sortiment an PVC-O-Produkten in der kommerziellen Produktion im Rahmen des Handels kontinuierlich weiterentwickelt und erweitert. Supermans Name

Vergleich zwischen Standard-PVC-O, PVC-M und PVC-U

PVC-O hat die gleiche Zusammensetzung wie PVC-U und auch die allgemeinen Eigenschaften sind ähnlich. Der Hauptunterschied in den mechanischen Eigenschaften liegt in der Orientierungsrichtung. Die Zusammensetzung von PVC-M unterscheidet sich durch den Zusatz eines Schlagzähmodifikators und weicht je nach Art und Menge des verwendeten Modifikators vom Standard-PVC-U ab. Der folgende Vergleich ist allgemeiner Natur und soll typische Unterschiede zwischen Rohrmaterialien hervorheben.

Zugfestigkeit   – Die Zugfestigkeit von PVC-O ist bis zu doppelt so hoch wie die von herkömmlichem PVC-U. Die Zugfestigkeit von PVC-M ist etwas geringer als die von Standard-PVC-U.

Zähigkeit   – Sowohl PVC-O als auch PVC-M verhalten sich unter allen praktischen Bedingungen stets flexibel. Unter bestimmten widrigen Bedingungen kann Standard-PVC-U spröde Eigenschaften aufweisen, wenn ein Schnitt oder ein Defekt vorliegt.

Sicherheitsfaktoren   – Die Konstruktion von PVC-Rohren für Druckanwendungen erfordert die Vorhersage langfristiger Eigenschaften und die Anwendung eines Sicherheitsfaktors. Wie bei allen technischen Konstruktionen gibt die Größe des Sicherheitsfaktors den Grad der Zuverlässigkeit bei der Vorhersage der Leistung an. Ein größeres Vertrauen in das vorhersehbare Verhalten der PVC-M- und PVC-O-Materialien der neuen Generation hat den Vorteil, dass bei der Konstruktion ein niedrigerer Sicherheitsfaktor verwendet werden kann.

Bemessungsspannung   – PVC-O- und PVC-M-Rohre unterliegen einer höheren Bemessungsspannung als Standard-PVC-U-Rohre, was zu einem geringeren Sicherheitsfaktor und im Fall von PVC-O zu einer höheren Festigkeit in Umfangsrichtung führt.

Elastizität und Kriechen   – PVC-O hat in einer Richtung einen bis zu 24 % höheren Elastizitätsmodul als Standard-PVC-U und in anderen Richtungen den gleichen Modul wie Standard-PVC-U. Der Elastizitätsmodul von PVC-M ist etwas niedriger als der von Standard-PVC-U.

Schlageigenschaften   – PVC-O ist mindestens 2 bis 5 höher als Standard-PVC-U. PVC-M weist außerdem eine höhere Schlagfestigkeit auf als Standard-PVC-U. Schlagprüfungen für PVC-M-Rohre konzentrieren sich auf die Ermittlung der duktilen Versagenseigenschaften.

Bewitterung   – Es gibt keinen signifikanten Unterschied in den Witterungseigenschaften von PVC-U, PVC-M und PVC-O.

Verbindung   – PVC-U- und PVC-M-Rohre können durch Gummiringe oder Lösungsmittelkleber verbunden werden. PVC-O ist nur in Gummiringschläuchen erhältlich. PVC-O kann nicht mit Lösungsmittel auf Zement geklebt werden.

Eigenschaften von PVC

Die allgemeinen Eigenschaften von PVC-Verbindungen, die bei der Rohrherstellung verwendet werden, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Sofern nicht anders angegeben, gelten die angegebenen Werte für unveränderte Standardformulierungen mit K67-PVC-Harz. Dargestellt sind einige Vergleichswerte für andere Rohrmaterialien. Die Eigenschaften von Thermoplasten unterliegen erheblichen temperaturabhängigen Änderungen. Die entsprechenden Bereiche sind gegebenenfalls angegeben.

Die mechanischen Eigenschaften sind eine Funktion der Dauer der Spannungseinwirkung und werden durch die Kriechfunktionen genau definiert. Ausführlichere Informationen zu Rohranwendungen finden Sie im Abschnitt „Design“ dieses Leitfadens. Für Daten, die außerhalb der genannten Bedingungen liegen, wird den Nutzern empfohlen, sich an unsere technische Abteilung zu wenden.

Abkürzungen

• PE: Polyethylen
• PP: Polypropylen
• PA: Polyamid (Nylon)
• CI: Gusseisen
• AC: Asbestzement
• GFK: glasfaserverstärktes Rohr

Einheiten umrechnen

• 1 MPa = 10 bar = 9,81 kg/cm  ²  = 145 lbf in  ²
• 1 Joule = 4,186 Kalorien = 0,948 x 10  ^-3  BTU = 0,737 ft.lbf
• 1 Kelvin = 1°C = 1,8°F Temperaturunterschied

Mechanische Eigenschaften

Bei PVC ist die Spannungs-/Dehnungsreaktion wie bei anderen thermoplastischen Materialien sowohl zeit- als auch temperaturabhängig. Wenn ein Kunststoffmaterial einer konstanten Belastung ausgesetzt wird, ist das resultierende Dehnungsverhalten sehr komplex. Es kommt zu einer sofortigen elastischen Reaktion, die sich vollständig erholt, sobald die Belastung entfernt wird. Darüber hinaus kommt es zu einer langsameren Verformung, die sich während der Belastung unbegrenzt fortsetzt, bis es zum Bruch kommt.

Dies wird als Kriechen bezeichnet. Wenn die Last vor dem Versagen entfernt wird, erfolgt mit der Zeit eine allmähliche Wiederherstellung der ursprünglichen Abmessungen. Kriech- und Erholungsraten werden auch von der Temperatur beeinflusst. Bei höheren Temperaturen nimmt die Kriechgeschwindigkeit tendenziell zu. Aufgrund dieser Art der Reaktion werden Kunststoffe als viskoelastische Materialien bezeichnet.

Stress-Regressionslinie

Die Folge des Kriechens ist, dass Rohre, die einer höheren Beanspruchung ausgesetzt sind, in kürzerer Zeit versagen als Rohre, die einer geringeren Beanspruchung ausgesetzt sind. Bei Druckrohranwendungen ist eine lange Lebensdauer eine wesentliche Voraussetzung. Daher ist es wichtig, dass Rohre so ausgelegt sind, dass sie Wandspannungen standhalten, die eine längere Nutzungsdauer gewährleisten.

Zur Bestimmung der Langzeiteigenschaften werden zahlreiche Prüfkörper in Form von Röhren bis zum Bruch geprüft. Alle diese einzelnen Datenpunkte werden dann in einem Diagramm dargestellt und eine Regressionsanalyse durchgeführt. Eine lineare Regressionsanalyse wird extrapoliert, um die um 97,5 % niedrigere vorhergesagte maximale Bruchspannung am Auslegungspunkt zu erhalten, die die minimal erforderliche Spannung (MRS) überschreiten muss.

Anschließend wird ein Sicherheitsfaktor auf das MRS angewendet, um die maximale Betriebsbeanspruchung für das Rohrmaterial zu ermitteln, das zur Dimensionierung der Rohre für einen Bereich von Druckstufen verwendet wird.

In Europa und Australien wird ein ISO-Auslegungspunkt von 50 Jahren oder 438.000 Stunden übernommen. In Nordamerika wurde im Laufe der Geschichte ein Auslegungspunkt von 100.000 Stunden verwendet. Dieser Auslegungspunkt ist rein willkürlich und sollte nicht als Hinweis auf die erwartete Lebensdauer des PVC-Rohrs interpretiert werden.

Die Spannungsregressionslinie wird traditionell auf logarithmischen Achsen aufgetragen und zeigt die Umfangs- oder Ringspannung im Verhältnis zur Zeit bis zum Bruch.

*Für PVC-M und PVC-O ist der 50-Jahres-Spezifikationspunkt ein niedrigerer Vertrauenspunkt von 97,5 %, um sicherzustellen, dass der minimale Sicherheitsfaktor erreicht wird.

Kriechmodul

Bei PVC muss der Modul oder das Spannungs-/Dehnungsverhältnis im Zusammenhang mit der Belastungsrate oder -dauer und der Temperatur berücksichtigt werden.

Eine universelle Methode zur Datendarstellung ist die Dehnungs-Zeit-Kurve bei konstanter Belastung. Bei einer bestimmten Temperatur ist eine Reihe von Kurven bei unterschiedlichen Spannungsniveaus erforderlich, um ein vollständiges Bild zu zeigen. Für jede Spannungs-/Dehnungs-/Zeitkombination kann ein Modul berechnet werden, das üblicherweise als Kriechmodul bezeichnet wird.

Solche Kurven sind beispielsweise bei der Bemessung kurzfristiger und langfristiger Querbelastungen von Rohren nützlich.

In Großbritannien und Australien durchgeführte Tests haben gezeigt, dass PVC-O steifer ist, d. h. es hat einen um etwa 24 % höheren Modul als Standard-PVC-U bei gleichen Bedingungen in Orientierungsrichtung. Aus anderen Arbeiten geht hervor, dass es keine signifikante Änderung in der axialen Richtung gibt.

Hohe Temperaturen

Druckstufe bei hohen Temperaturen

Die mechanischen Eigenschaften von PVC sind bei 20 °C angegeben. Thermoplaste nehmen im Allgemeinen mit zunehmender Temperatur an Festigkeit und Duktilität ab, und die Auslegungsspannungen sollten entsprechend angepasst werden.

zurückkehren

Der Begriff „Rückgabe“ bezieht sich auf die Dimensionsänderung von Kunststoffprodukten aufgrund des „Materialgedächtnisses“. Kunststoffprodukte „merken“ sich ihre ursprüngliche Form und nehmen bei späterer Verformung unter Hitzeeinwirkung wieder ihre ursprüngliche Form an.

Tatsächlich tritt die Umkehrung bei allen Temperaturen auf, aber bei hochwertiger Extrusion hat sie bei Glattrohren unter 60 °C und bei PVC-O-Rohren unter 50 °C keine praktische Bedeutung.

Verwitterung und Zerstörung der Sonne

Die Auswirkung von „Verwitterung“ oder Oberflächenzerstörung durch Strahlungsenergie in Verbindung mit den Elementen auf Kunststoff wurde gut untersucht und dokumentiert. Sonnenlicht verursacht Veränderungen in der molekularen Struktur von Polymermaterialien, einschließlich PVC.

Meist werden Inhibitoren und Reflektoren in das Material eingearbeitet, was den Prozess auf einen Oberflächeneffekt beschränkt. Bei extremen Wetterbedingungen kann es zu Glanzverlust und Verfärbungen kommen. Prozesse erfordern Energiezufuhr und können nicht fortgesetzt werden, wenn das Material abgeschirmt ist, beispielsweise durch unterirdische Rohre. Aus praktischer Sicht wird das Schüttgut nicht beeinträchtigt und die Leistung bei Vorversuchen zeigt keine Veränderung, d. h. Zugfestigkeit und Modul.

Allerdings können mikroskopische Störungen auf einer verwitterten Oberfläche unter starken lokalen Belastungsbedingungen, beispielsweise bei Stößen auf die Außenfläche, zu Brüchen führen. Daher zeigt die Schlagfestigkeit im Test eine Abnahme.

Schutz vor Sonnenschäden

Alle von Vindex hergestellten PVC-Rohre verfügen über Schutzsysteme, die vor schädlichen Auswirkungen während der normalen Wartungs- und Installationszeiten schützen. Bei Wartungszeiträumen von mehr als einem Jahr und sofern die Schlagfestigkeit für die jeweilige Installation wichtig ist, kann ein zusätzlicher Schutz empfohlen werden.

Dies kann durch eine überdachte Lagerung oder durch Abdecken der Rohrstapel mit geeigneten Materialien wie Sackleinen erreicht werden. Wärmeeinschlüsse sollten vermieden und für Belüftung gesorgt werden. Schwarze Plastikfolien sollten nicht verwendet werden. Oberirdische Druckrohrsysteme können durch eine Beschichtung aus weißer oder pastellfarbener PVA-Farbe geschützt werden. Eine gute Haftung wird durch einfaches Abwaschen mit Reinigungsmittel erreicht, um Fett und Schmutz zu entfernen.

Materialalterung

Die Endfestigkeit von PVC ändert sich mit zunehmendem Alter nicht wesentlich. Die kurzfristige Zugfestigkeit zeigt im Allgemeinen einen leichten Anstieg. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Spannungsregressionslinie nicht die Schwächung des Materials im Laufe der Zeit darstellt. Beispielsweise weist ein Rohr, das jahrelang unter konstantem Druck stand, immer noch denselben kurzfristigen Berstdruck auf wie ein neues Rohr.

Allerdings verändert sich die Morphologie dieses Materials im Laufe der Zeit, sodass das „freie Volumen“ in der Matrix abnimmt und die Anzahl der Vernetzungen zwischen Molekülen zunimmt. Dies führt zu einigen Änderungen der mechanischen Eigenschaften:

• Leichte Steigerung der Zugfestigkeit
• Deutlicher Anstieg der Streckgrenze
• Modulanstieg bei hohen Dehnungsniveaus

Insgesamt scheinen diese Änderungen vorteilhaft zu sein. Allerdings ändert sich die Materialreaktion bei hohen Belastungen, da das lokale Nachgeben an Spannungskonzentrationsstellen gehemmt wird und die Dehnbarkeit des Papiers verringert wird. Es ist wahrscheinlicher, dass Sprödbrüche auftreten, und es kann eine allgemeine Verringerung der Schlagfestigkeit beobachtet werden.

Diese Veränderungen erfolgen exponentiell im Laufe der Zeit, schnell unmittelbar nach der Entstehung und langsamer im Laufe der Zeit. Solange das Papier genutzt wird, sind sie außer langfristig kaum messbar. Eine künstliche Alterung kann durch eine 18-stündige Wärmebehandlung bei 60 °C erreicht werden. PVC-O unterliegt einer solchen Alterung im Orientierungsprozess und seine Eigenschaften ähneln denen eines vollständig gealterten Materials, weisen jedoch eine deutlich erhöhte Endfestigkeit auf.

Abriebfestigkeit

Kunststoffe funktionieren unter Verschleißbedingungen normalerweise gut. Die Hauptmerkmale, die dazu beitragen, sind ein niedriger Elastizitätsmodul und ein niedriger Reibungskoeffizient. Dadurch kann das Material „nachgeben“ und die Partikel neigen dazu, zu gleiten, anstatt die Oberfläche abzureiben.

Bekannte reibungsarme Materialien wie Teflon, Nylon und Polyurethane weisen hervorragende Eigenschaften auf. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeit ein wichtiger Faktor und die PVC-Leistung ist im Hinblick auf Verschleißrate/Stückkosten ausgezeichnet. Die Faktoren, die den Verschleiß beeinflussen, sind komplex und es ist schwierig, Testdaten mit praktischen Bedingungen in Verbindung zu bringen.

Das Institut für Hydromechanik und Wasserbau der Technischen Universität Darmstadt testete die Verschleißfestigkeit mehrerer Rohrprodukte. Flusssand war das Schleifmaterial, das in Betonrohren, glasierten Glastonrohren und PVC-Rohren verwendet wurde, und es wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Mikrobiologische Wirkungen

PVC ist immun gegen den Angriff mikrobiologischer Organismen, die häufig in unterirdischen Wasserversorgungs- und Abwassersystemen vorkommen.

Mikrobiologischer Angriff

PVC ist keine Nahrungsquelle und sehr resistent gegen Schäden durch Termiten und Nagetiere.

Wirkung von Bodensulfiden

Bei Anwesenheit von Sulfiden, die häufig in Böden mit organischem Material vorkommen, kann es zu einer grauen Verfärbung von unterirdischen PVC-Rohren kommen. Dies ist auf die Reaktion mit den bei der Verarbeitung verwendeten Stabilisierungssystemen zurückzuführen. Dies ist ein oberflächlicher Effekt und beeinträchtigt die Leistung in keiner Weise.