Polyvinylchlorid (PVC)Kunststoff ist ein Verbundwerkstoff, der durch Mischen von PVC-Harz mit verschiedenen Additiven hergestellt wird. Er zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften, chemische Korrosionsbeständigkeit, selbstverlöschende Eigenschaften, gute Witterungsbeständigkeit, überlegene elektrische Isolationseigenschaften, einfache Verarbeitung und niedrige Kosten aus und ist daher ein ideales Material für die Isolierung und Ummantelung von Drähten und Kabeln.
PVC-Harz ist ein lineares thermoplastisches Polymer, das durch Polymerisation von Vinylchlorid-Monomeren entsteht. Seine Molekularstruktur zeichnet sich durch Folgendes aus:
(1) Als thermoplastisches Polymer weist es eine gute Plastizität und Flexibilität auf.
(2) Die Anwesenheit polarer C-Cl-Bindungen verleiht dem Harz eine starke Polarität, was zu einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante (ε) und einem hohen Verlustfaktor (tanδ) führt und gleichzeitig eine hohe Durchschlagsfestigkeit bei niedrigen Frequenzen gewährleistet. Diese polaren Bindungen tragen außerdem zu starken intermolekularen Kräften und einer hohen mechanischen Festigkeit bei.
(3) Die Chloratome in der Molekülstruktur verleihen dem Stoff flammhemmende Eigenschaften sowie eine gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Witterungseinflüssen. Allerdings stören diese Chloratome die Kristallstruktur, was zu einer relativ geringen Hitzebeständigkeit und einer schlechten Kältebeständigkeit führt. Diese Eigenschaften lassen sich jedoch durch geeignete Additive verbessern.
2. Arten von PVC-Harz
Zu den Polymerisationsverfahren für PVC gehören: Suspensionspolymerisation, Emulsionspolymerisation, Massenpolymerisation und Lösungspolymerisation.
Das Suspensionspolymerisationsverfahren ist derzeit bei der PVC-Harzherstellung vorherrschend und wird auch bei Draht- und Kabelanwendungen eingesetzt.
Suspensionspolymerisierte PVC-Harze werden in zwei Strukturformen unterteilt:
Lose Harzart (XS-Typ): Charakterisiert durch poröse Struktur, hohe Weichmacheraufnahme, einfache Plastifizierung, bequeme Verarbeitungskontrolle und wenige Gelpartikel, wodurch es die bevorzugte Wahl für Draht- und Kabelanwendungen ist.
Kompaktharz (Typ XJ): Wird hauptsächlich für andere Kunststoffprodukte verwendet.
3. Wichtigste Eigenschaften von PVC
(1) Elektrische Isolationseigenschaften: Als stark polares dielektrisches Material weist PVC-Harz gute, aber im Vergleich zu unpolaren Materialien wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) etwas geringere elektrische Isolationseigenschaften auf. Der spezifische Volumenwiderstand übersteigt 10¹⁵ Ω·cm; bei 25 °C und 50 Hz liegt die Dielektrizitätskonstante (ε) zwischen 3,4 und 3,6 und variiert deutlich mit Temperatur- und Frequenzänderungen; der Verlustfaktor (tanδ) liegt zwischen 0,006 und 0,2. Die Durchschlagfestigkeit bleibt bei Raumtemperatur und Netzfrequenz hoch und ist polaritätsunabhängig. Aufgrund seiner relativ hohen dielektrischen Verluste ist PVC jedoch nicht für Hochspannungs- und Hochfrequenzanwendungen geeignet und wird typischerweise als Isolationsmaterial für Nieder- und Mittelspannungskabel unter 15 kV eingesetzt.
(2) Alterungsstabilität: Obwohl die Molekularstruktur aufgrund der Chlor-Kohlenstoff-Bindungen eine gute Alterungsstabilität nahelegt, neigt PVC unter thermischer und mechanischer Belastung bei der Verarbeitung zur Freisetzung von Chlorwasserstoff. Oxidation führt zu Abbau oder Vernetzung, was Verfärbungen, Versprödung, einen deutlichen Rückgang der mechanischen Eigenschaften und eine Verschlechterung der elektrischen Isolationsleistung zur Folge hat. Daher müssen geeignete Stabilisatoren zugesetzt werden, um die Alterungsbeständigkeit zu verbessern.
(3) Thermomechanische Eigenschaften: Als amorphes Polymer existiert PVC bei unterschiedlichen Temperaturen in drei physikalischen Zuständen: dem glasartigen Zustand, dem hochelastischen Zustand und dem viskosen Fließzustand. Mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von ca. 80 °C und einer Fließtemperatur von ca. 160 °C erfüllt PVC im glasartigen Zustand bei Raumtemperatur nicht die Anforderungen für Anwendungen in der Draht- und Kabelindustrie. Eine Modifizierung ist notwendig, um eine höhere Elastizität bei Raumtemperatur bei gleichzeitig ausreichender Wärme- und Kältebeständigkeit zu erzielen. Durch die Zugabe von Weichmachern lässt sich die Glasübergangstemperatur effektiv anpassen.
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Veröffentlichungsdatum: 27. März 2025