Polyethylen wird aus Ethylen im Hoch- oder Niederdruckverfahren hergestellt. Der Grundbaustein ist gemäß Abb. 5.7. aufgebaut.
Die C-Doppelbindung des Ethylen-Grundmoleküls wird beim Polymerisationsprozess durch Druck und
Temperatur aufgespalten. Dabei werden n-Grundbausteine zu einem Makromolekül vereinigt (Abb. 5.8.).
Die Polymerisation gelang 1936 erstmals unter hohem Druck. Erst 1953 wurde ein Verfahren entwickelt, das mit niedrigerem Druck arbeitet. Beide Ursprungsverfahren liefern eine unterschiedliche Struktur der Makromoleküle. Von einem Makromolekül können weitere Makromoleküle abzweigen, von diesen wiederum weitere. Das ursprüngliche Hochdruckverfahren liefert ein Polyethylen mit häufigen Verzweigungen Abb. 5.9. und das ursprüngliche Niederdruckverfahren ein Polyethylen mit nur wenig verzweigten Makromolekülen, d. h. linearer Struktur (Abb. 5.10.).
Beide Arten haben eine unterschiedliche Dichte. Dies lässt sich bildlich mit dem „Tannenbaummodell“ nach Hoffmann erklären. Im Falle des verzweigten Polyethylens stelle man sich einen Tannenbaum mit Ästen vor. Im Falle des linearen Polyethylens einen solchen mit abgeschlagenen Ästen, so dass nur noch die Ansätze übrig bleiben (Abb. 5.11 und Abb. 5.12.).
Es ist leicht einzusehen, dass sich Molekülketten mit verzweigter Struktur (PE-LD) nicht so dicht aneinanderlagern als dies bei PE-HD der Fall ist. Somit hat PE-HD eine größere Dichte als PE-LD. Liegen die Makromoleküle dicht beieinander, so bilden sich außerdem leichter kristalline Strukturen als beim PE-LD, das nur eine niedrigere bis mittlere Dichte aufweist.
Man unterscheidet PE nach der Dichte:
- bis 0,930 g / cm3 = PE-LD = Low density PE
- von 0,930-0,940 g / cm3 = PE-MD = Medium density PE
- von 0,941-0,965 g / cm3 = PE-HD = High density PE
Im Schmelzverfahren zeigen sich deutliche Unterschiede. Beim PE-LD mit niedriger Kristallinität schmelzen zunächst die amorphen Bestandteile, dann die kleinen Kristallite. Beim PE-HD sind die Kristallite größer, der Anteil der amorphen Bestandteile geringer. Die größeren Kristallite erfordern eine höhere Schmelztemperatur. Deshalb behält PE-HD bis nahezu 130 °C seinen kristallinen Charakter und schmilzt anschließend in einem engen
Temperaturbereich.
[desc]Vernetzungsvorgang allgemein[/desc]
In Abb. 5.15 sind die für Heizrohre üblichen Vernetzungsverfahren zusammengestellt. Verfahrensbedingt ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften, auf die noch einzugehen ist:
Zur Herstellung vernetzter PE-
Rohre muss der Werkstoff zunächst aufgeschmolzen, gegen Alterung stabilisiert, geformt und vernetzt werden. Je nach Vernetzungsverfahren ergeben sich für die einzelnen Verfahrensschritte unterschiedliche Schwierigkeitsgrade und die damit verbundenen Vor- und Nachteile für die Eigenschaften des fertigen
Rohres. Sie können die Alterungsstabilisierung, die Zeitstandfestigkeit, die gleichmäßige Vernetzung und den Vernetzungsgrad sowohl günstig als auch ungünstig beeinflussen. Deshalb darf die Qualität von PE-X-
Rohren, nicht wie in der Vergangenheit oft geschehen, nur an der Höhe des Vernetzungsgrades gemessen werden. Die herausragenden Eigenschaften von aus PE-HD hergestelltem PE-X, sind die auf hohem Festigkeitsniveau flachverlaufenden Innendruck-Zeitstandkurven, die selbst nach langer Gebrauchszeit und bei hohen
Temperaturen noch keinen Steilabfall zeigen (Abb. 5.23.). PE-X-Rohre zeigen auch bei niedrigen Verlegetemperaturen in Bezug auf enge Biegeradien ein günstiges Verhalten. Dennoch sollten nach
DIN 4726 die Biegeradien 5 x Durchmesser nicht unterschreiten.Dank der vernetzten Struktur der Molekülketten ist PE-X gegen die Auswirkungen von Oberflächenverletzungen in Form von Kratzern, Kerben etc., die während der Rohrverlegung oder bei der
Estricheinbringung entstehen können, weitgehend unempfindlich. Maßgebend sind die Normen
DIN 16892 „
Rohre aus vernetztem Polyethylen“, allgemeine Güteanforderungen, Prüfung, sowie
DIN 16893, „Rohrleitungen aus vernetztem Polyethylen“, Maße.
Neben den bekannten PE-X-
Rohren aus Polyethylen hoher Dichte, nach
DIN 16892 und
DIN 16893, ist in den letzten Jahren auch vernetztes Polyethylen, mittlerer Dichte (PE-X-MD), mit Erfolg für
Fußbodenheizungsanlagen eingesetzt worden. Dabei handelt es sich um ein Copolymer aus Ethylen und Octen-1. Um Verwechslungen mit den bekannten PE-X-Rohren aus Polyethylen hoher Dichte von vornherein auszuschließen, sei erwähnt, dass das in
DIN 16894 veröffentlichte Zeitstandverhalten von
Rohren aus PE-X-MD niedriger liegt. In Abb. 5.24 ist das Zeitstandverhalten von
Rohren aus PE-X-MD dargestellt.
Zur Unterscheidung der unterschiedlichen Vernetzungsverfahren wird der Kennzeichnung PE-X ein Kleinbuchstabe hinzugefügt: