Polyethylen-Synthesemethoden und -varianten
(1) Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)
Werden Spuren von Sauerstoff oder Peroxiden als Initiatoren zu reinem Ethylen gegeben, das auf etwa 202,6 kPa komprimiert und auf ca. 200 °C erhitzt wird, polymerisiert das Ethylen zu weißem, wachsartigem Polyethylen. Dieses Verfahren wird aufgrund der Betriebsbedingungen üblicherweise 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 Anordnung, was die geringe Dichte erklärt – daher der Name Polyethylen niedriger Dichte.
(2) Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE)
Das Mitteldruckverfahren beinhaltet die Polymerisation von Ethylen unter 30–100 bar mithilfe von Metalloxidkatalysatoren. Das resultierende Polyethylen hat eine Dichte von 0,931–0,940 g/cm³. MDPE kann auch durch Mischen 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. Aufgrund der hohen katalytischen Aktivität verläuft die Polymerisationsreaktion schnell bei niedrigen Drücken (0–10 atm) und Temperaturen (60–75 °C), daher der Name Niederdruckverfahren. Das resultierende Polyethylen besitzt eine unverzweigte, lineare Molekularstruktur, die zu seiner hohen Dichte (0,941–0,965 g/cm³) beiträgt. Im Vergleich zu LDPE weist HDPE eine überlegene Hitzebeständigkeit, bessere mechanische Eigenschaften und eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion 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) Ausgezeichnete elektrische Eigenschaften: hoher Isolationswiderstand und hohe Durchschlagsfestigkeit; niedrige Permittivität (ε) und niedriger 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 gegenüber thermischer Alterung, Kälteversprödung und chemischer Stabilität.
(4) Ausgezeichnete Wasserbeständigkeit bei geringer Feuchtigkeitsaufnahme; die Isolationsbeständigkeit nimmt im Allgemeinen auch beim Eintauchen in Wasser nicht ab.
(5) Als unpolares Material weist es eine hohe Gasdurchlässigkeit auf, wobei LDPE unter den Kunststoffen die höchste Gasdurchlässigkeit besitzt.
(6) Niedriges spezifisches Gewicht, alle unter 1. Besonders hervorzuheben ist LDPE mit etwa 0,92 g/cm³, während HDPE trotz seiner höheren Dichte nur etwa 0,94 g/cm³ beträgt.
(7) Gute Verarbeitungseigenschaften: leicht zu schmelzen und zu plastifizieren ohne Zersetzung, kühlt schnell in Form ab und ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Geometrie und die Abmessungen des Produkts.
(8) Kabel aus Polyethylen sind leicht, einfach zu verlegen und unkompliziert anzuschließen. Polyethylen weist jedoch auch einige Nachteile auf: niedrige Erweichungstemperatur, Entflammbarkeit (mit paraffinartigem Geruch beim Verbrennen), geringe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Kriechfestigkeit. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn Polyethylen als Isolierung oder Mantel für Seekabel oder Kabel in steilen Gefällen verwendet wird.
Polyethylen-Kunststoffe für Drähte und Kabel
(1) Polyethylen-Kunststoff für allgemeine Isolierungszwecke
Besteht ausschließlich aus Polyethylenharz und Antioxidantien.
(2) Witterungsbeständiger Polyethylen-Kunststoff
Es 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 wird Polyethylen mit einem Schmelzflussindex unter 0,3 und einer engen Molekulargewichtsverteilung. Das Polyethylen kann auch durch Bestrahlung oder chemische Verfahren vernetzt werden.
(4) Hochspannungsisolierung aus Polyethylen-Kunststoff
Für die Isolierung von Hochspannungskabeln wird hochreiner Polyethylen-Kunststoff benötigt, der mit Spannungsstabilisatoren und speziellen Extrudern ergänzt wird, um die Bildung von Hohlräumen zu verhindern, Harzentladungen zu unterdrücken und die Lichtbogenbeständigkeit, die Beständigkeit gegen elektrische Erosion und die Koronabeständigkeit zu verbessern.
(5) Halbleitender Polyethylen-Kunststoff
Hergestellt durch Zugabe von leitfähigem Ruß zu Polyethylen, typischerweise unter Verwendung von feinkörnigem, hochstrukturiertem Ruß.
(6) Thermoplastische, raucharme und halogenfreie (LSZH) Polyolefin-Kabelmischung
Diese Verbindung verwendet Polyethylenharz als Basismaterial und enthält hocheffiziente halogenfreie Flammschutzmittel, Rauchunterdrücker, Wärmestabilisatoren, Fungizide und Farbstoffe, die durch Mischen, Plastifizieren und Granulieren verarbeitet werden.
Vernetztes Polyethylen (XLPE)
Unter Einwirkung hochenergetischer Strahlung oder Vernetzungsmitteln wandelt sich die lineare Molekularstruktur von Polyethylen in eine dreidimensionale (Netzwerk-)Struktur um, wodurch das thermoplastische Material in einen Duroplasten umgewandelt wird. Bei Verwendung als Dämmstoff,XLPEEs hält Dauertemperaturen bis zu 90 °C und Kurzschlusstemperaturen von 170–250 °C stand. Zu den Vernetzungsmethoden zählen physikalische und chemische Verfahren. Die Bestrahlungsvernetzung ist ein physikalisches Verfahren, während DCP (Dicumylperoxid) das gebräuchlichste chemische Vernetzungsmittel ist.
Veröffentlichungsdatum: 10. April 2025