Methoden und Varianten der Polyethylensynthese
(1) Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)
Werden reinem Ethylen Spuren von Sauerstoff oder Peroxiden als Initiatoren zugesetzt, auf etwa 202,6 kPa komprimiert und auf etwa 200 °C erhitzt, polymerisiert das Ethylen zu weißem, wachsartigem Polyethylen. Aufgrund der Betriebsbedingungen wird dieses Verfahren allgemein als Hochdruckverfahren bezeichnet. Das resultierende Polyethylen hat eine Dichte von 0,915–0,930 g/cm³ und ein Molekulargewicht von 15.000 bis 40.000. Seine Molekularstruktur ist stark verzweigt und locker und ähnelt einer baumartigen Konfiguration, was seine geringe Dichte erklärt, daher der Name Polyethylen niedriger Dichte.
(2) Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE)
Beim Mitteldruckverfahren wird Ethylen unter 30–100 Atmosphären mithilfe von Metalloxidkatalysatoren polymerisiert. Das resultierende Polyethylen hat eine Dichte von 0,931–0,940 g/cm³. MDPE kann auch durch die Mischung von Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit LDPE oder durch Copolymerisation von Ethylen mit Comonomeren wie Buten, Vinylacetat oder Acrylaten hergestellt werden.
(3) Polyethylen hoher Dichte (HDPE)
Unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen wird Ethylen mithilfe hocheffizienter Koordinationskatalysatoren (organometallische Verbindungen aus Alkylaluminium und Titantetrachlorid) polymerisiert. Dank der hohen katalytischen Aktivität kann die Polymerisationsreaktion bei niedrigen Drücken (0–10 atm) und niedrigen Temperaturen (60–75 °C) schnell abgeschlossen werden, daher der Name Niederdruckverfahren. Das resultierende Polyethylen hat eine unverzweigte, lineare Molekülstruktur, die zu seiner hohen Dichte (0,941–0,965 g/cm³) beiträgt. Im Vergleich zu LDPE weist HDPE eine höhere Hitzebeständigkeit, bessere mechanische Eigenschaften und eine höhere Spannungsrissbeständigkeit auf.
Eigenschaften von Polyethylen
Polyethylen ist ein milchig-weißer, wachsartiger, halbtransparenter Kunststoff und eignet sich daher ideal als Isolier- und Ummantelungsmaterial für Drähte und Kabel. Zu seinen Hauptvorteilen zählen:
(1) Hervorragende elektrische Eigenschaften: hoher Isolationswiderstand und hohe Durchschlagsfestigkeit; niedrige Permittivität (ε) und dielektrischer Verlustfaktor (tanδ) über einen weiten Frequenzbereich mit minimaler Frequenzabhängigkeit, was es zu einem nahezu idealen Dielektrikum für Kommunikationskabel macht.
(2) Gute mechanische Eigenschaften: flexibel und dennoch zäh, mit guter Verformungsbeständigkeit.
(3) Hohe Beständigkeit gegen thermische Alterung, Versprödung bei niedrigen Temperaturen und chemische Stabilität.
(4) Ausgezeichnete Wasserbeständigkeit bei geringer Feuchtigkeitsaufnahme; der Isolationswiderstand nimmt beim Eintauchen in Wasser im Allgemeinen nicht ab.
(5) Als unpolares Material weist es eine hohe Gasdurchlässigkeit auf, wobei LDPE die höchste Gasdurchlässigkeit unter den Kunststoffen aufweist.
(6) Niedriges spezifisches Gewicht, alle unter 1. Besonders hervorzuheben ist LDPE mit ca. 0,92 g/cm³, während HDPE trotz seiner höheren Dichte nur bei ca. 0,94 g/cm³ liegt.
(7) Gute Verarbeitungseigenschaften: lässt sich leicht schmelzen und plastifizieren, ohne sich zu zersetzen, kühlt leicht in Form ab und ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Geometrie und Abmessungen des Produkts.
(8) Kabel aus Polyethylen sind leicht, einfach zu installieren und anzuschließen. Polyethylen hat jedoch auch einige Nachteile: niedrige Erweichungstemperatur, Entflammbarkeit (verströmt beim Verbrennen einen paraffinartigen Geruch) sowie geringe Spannungsriss- und Kriechfestigkeit. Besondere Vorsicht ist geboten bei der Verwendung von Polyethylen als Isolierung oder Ummantelung für Seekabel oder Kabel, die in steilen Abhängen verlegt werden.
Polyethylen-Kunststoffe für Drähte und Kabel
(1) Allzweck-Isolierung Polyethylen-Kunststoff
Besteht ausschließlich aus Polyethylenharz und Antioxidantien.
(2) Wetterbeständiger Polyethylen-Kunststoff
Besteht hauptsächlich aus Polyethylenharz, Antioxidantien und Ruß. Die Witterungsbeständigkeit hängt von der Partikelgröße, dem Gehalt und der Dispersion des Rußes ab.
(3) Umweltspannungsrissbeständiger Polyethylen-Kunststoff
Verwendet Polyethylen mit einem Schmelzindex unter 0,3 und einer engen Molekulargewichtsverteilung. Das Polyethylen kann auch durch Bestrahlung oder chemische Methoden vernetzt werden.
(4) Hochspannungsisolierung Polyethylen-Kunststoff
Für die Isolierung von Hochspannungskabeln wird ultrareiner Polyethylen-Kunststoff benötigt, ergänzt durch Spannungsstabilisatoren und spezielle Extruder, um Hohlraumbildung zu verhindern, Harzentladungen zu unterdrücken und die Lichtbogenbeständigkeit, die Beständigkeit gegen elektrische Erosion und die Koronabeständigkeit zu verbessern.
(5) Halbleitender Polyethylen-Kunststoff
Wird durch Zugabe von leitfähigem Ruß zu Polyethylen hergestellt, wobei typischerweise feinteiliger, hochstrukturierter Ruß verwendet wird.
(6) Thermoplastische raucharme und halogenfreie (LSZH) Polyolefin-Kabelmischung
Diese Verbindung verwendet Polyethylenharz als Basismaterial und enthält hochwirksame halogenfreie Flammschutzmittel, Rauchunterdrücker, Wärmestabilisatoren, Antimykotika und Farbstoffe, die durch Mischen, Plastifizieren und Pelletieren verarbeitet werden.
Vernetztes Polyethylen (XLPE)
Unter Einwirkung energiereicher Strahlung oder Vernetzungsmittel verwandelt sich die lineare Molekularstruktur von Polyethylen in eine dreidimensionale (Netzwerk-)Struktur, wodurch der thermoplastische Werkstoff in einen Duroplasten umgewandelt wird. Bei der Verwendung als IsolierungXLPEhält Dauerbetriebstemperaturen bis 90 °C und Kurzschlusstemperaturen von 170–250 °C stand. Zu den Vernetzungsmethoden gehören physikalische und chemische Vernetzung. Die Strahlenvernetzung ist eine physikalische Methode, während DCP (Dicumylperoxid) das am häufigsten verwendete chemische Vernetzungsmittel ist.
Veröffentlichungszeit: 10. April 2025