PVC-U ist ein weichmacherfreier Kunststoff, welcher aufgrund der fehlenden Weichmacher, wie sie z. B. in Gartenschläuchen zum Einsatz kommen, hart ist. Ohne die Weichmacher wird PVC-U allerdings zu einem physiologisch unbedenklichen Stoff, welcher auch für die Trinkwasserversorgung und Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann. Das U steht für das englische Wort „unplasticized“, also ohne Zusätze, die den Kunststoff weicher machen. PVC-U zeichnet sich durch eine sehr gute chemische Beständigkeit aus und wird häufig für Transportleitungen in der chemischen Prozessindustrie eingesetzt.
PVC-U kann einfach verklebt werden, wodurch sich dieser Kunststoff sehr einfach verarbeiten lässt und hervorragend für Rohrleitungen eingesetzt werden kann.
Eigenschaften und Beständigkeiten von PVC-U
Chemische Beständigkeit
PVC-U ist beständig gegen Säuren, Wasser, Salzwasser, Öle und Chlor.
Nicht beständig ist PVC-U gegen alkalische Stoffe, wie Benzin und Reiniger.
Eine ausführliche Liste zur chemischen Beständigkeit von PVC-U finden Sie in der Tabelle zur chemischen Beständigkeit verschiedener Kunststoffe.
Temperaturbeständigkeit
PVC-U kann für Temperaturen von 0 °C bis maximal 45 °C, kurzzeitig auch bis 60 °C eingesetzt werden. Beachten Sie allerdings, dass sich der maximale angegebene Betriebsdruck bei Rohrleitungen auf eine Flüssigkeitstemperatur von 20 °C bezieht. Mit zunehmender Temperatur verringert sich dieser Wert erheblich. Zudem wird das Material mit zunehmender Temperatur sehr weich und dehnt sich aus, was bei längeren Rohrleitungen zu Verformungen oder anderen Schäden führen kann.
Temperatur-/Druckdiagramm
Das Diagramm bezieht sich auf die gängigen Druckstufen, welche im Rohrleitungsbau eingesetzt werden und auf einen Zeitraum von 25 Jahren. Als Medium wird Wasser vorrausgesetzt. Die Druckstufen der Rohre und Verbinder werden als Nenndruck PN (pressure nominal) angegeben. PN = Maximaler Betriebsdruck in bar bei einer Flüssigkeitstemperatur von 20 °C.
UV-Beständigkeit
Durch Zugabe von Stabilisatoren können die Eigenschaften von PVC-U verändert werden. Den grauen und schwarzen PVC-Fittings und Rohren sind UV-Stabilisatoren beigemischt, welche den Zerfall des PVCs verzögern. Bei den grauen Fittings und Rohren kommen Zinnverbindungen und bei den schwarzen Ruß als UV-Stabilisator zur Anwendung. Die UV-Stabilisatoren haben eine höhere Reaktivität und zerfallen somit vor dem Kunststoff. Die Moleküle werden durch die UV-Strahlung aufgespalten und es entstehen freie Radikale, welche neue Verbindungen eingehen. Sind die UV-Stabilisatoren allerdings aufgebraucht, zerfallen auch die Kohlenstoffbindungen des PVCs. Die Verbindungen der PVC-Moleküle werden dann durch die energiereiche UV-Strahlung aufgespalten und es entstehen freie Radikale (ungebundene Elektronen), welche neue Verbindungen mit der umgebenden Luft (vorallem O2-Verbindungen) eingehen.
Werden PVC-U Rohre und Fittings im Außenbereich eingesetzt, sollten diese nicht der unmittelbaren Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein, da diese auf Dauer das Material verspröden lässt. Die Rohre und Fittings können sich dadurch verfärben und die Druckbeständigkeit kann sich verringern. Besonders transparente Rohre und Fittings sind aufgrund der meist fehlenden UV-Stabilisatoren anfällig für UV-Strahlung. Zur Sicherheit können die PVC-Rohre im Außenbereich isoliert werden. In unserer Klimazone sind diese Probleme allerdings eher selten anzutreffen.
Werkstoffeigenschaften (Richtwerte)
| Rohdichte | 1,38 g/cm³ |
| Zugfestigkeit | 55 N/mm² |
| Bruchdehnung | über 30 % |
| Schlagzähigkeit | kein Bruch, KJ/m² (23°) |
| Elastizitätsmodul | 3000 N/mm |
| Ausdehnungskoeffizient | 0,08 mm/m/°C |
| max. Betriebstemperatur | 45 °C, kurzzeitig auch 60 °C |
| Vicat-Erweichungstemperatur | über 76 °C (VST/B 50) |
| Wasseraufnahme | unter 4 mg/cm³ |
| Oberflächenwiderstand | ca. 1013 Ω |
Trinkwassertauglichkeit
Der Werkstoff PVC-U (weichmacherfreies Hart-PVC) ist prinzipiell für die Trinkwasserversorgung geeignet (nur Kaltwasser) und wird bereits seit über 50 Jahren erfolgreich in diesem Bereich eingersetzt. PVC-U ist in der Liste für unbedenkliche Stoffe in der Trinkwasserversorgung des Umweltbundesamtes aufgeführt. Viele PVC-Rohre und Fittings sind vom DVGW auf ihre physiologische Unbedenklichkeit geprüft. Alle von uns angebotenen PVC-U Fittings und Rohre sind frei von Weichmachern und Schwermetallen wie z. B. Blei und befinden sich auf dem aktuellen Stand der Technik.
Herstellung und Aufbau
Als Grundstoff für die Herstellung von PVC kommt Vinylchlorid zum Einsatz, welches wie auch das Endprodukt (Polyvinylchlorid) die chemische Summenformel C2H3Cl besitzt. Die beiden Kohlenstoffatome sind beim Vinylchlorid allerdings über eine Doppelbindung (H2C=CHCl) miteinander verbunden. Vinylchlorid ist ein Gas. Die Wasserstoff- und Kohlenstoffatome des Vinylchlorids (Monomer) werden über eine Polymerisation neu angeordnet und zu dem Polymer PVC (Polyvinylchlorid) verarbeitet. Die Polymerisation erfolgt durch Katalysatoren, welche die Reaktion in Gang setzen. Hierbei wird die Mehrfachbindung des Vinylchlorids (zwischen den beiden Kohlenstoffatomen) aufgelöst und es bildet sich eine Kette aus den einzelnen Monomeren. Vinylchlorid kann vorher ebenfalls synthetisiert werden und wird aus der Reaktion von Ethen und Chlor gewonnen.
Strukturformel von Vinylchlorid (vereinfacht)
H Cl
| |
C = C
| |
H H
Nach der Polymerisation zu PVC (Teilausschnitt aus einer Polymerkette)
H Cl
| |
··· C - C ···
| |
H H
Die Punkte geben an, dass sich dieser Vinylchlorid-Baustein (Monomer) wiederholt und eine Kette bildet (Polymer). Die Kette kann theoretisch beliebig lang ausfallen. Die Kettenbildung wird in der Regel durch Zusätze künstlich unterbrochen oder beendet sich selbst, wenn keine Reaktionspartner mehr vorhanden sind.