Polyvinylchlorid (PVC)Kunststoff ist ein Verbundwerkstoff, der durch die Mischung von PVC-Harz mit verschiedenen Additiven entsteht. Er weist hervorragende mechanische Eigenschaften, chemische Korrosionsbeständigkeit, selbstverlöschende Eigenschaften, gute Witterungsbeständigkeit, hervorragende elektrische Isoliereigenschaften, einfache Verarbeitung und niedrige Kosten auf 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 Vinylchloridmonomeren entsteht. Seine Molekülstruktur weist folgende Merkmale auf:
(1) Als thermoplastisches Polymer weist es eine gute Plastizität und Flexibilität auf.
(2) Die polaren C-Cl-Bindungen verleihen dem Harz eine starke Polarität, was zu einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante (ε) und einem relativ hohen Verlustfaktor (tanδ) führt und gleichzeitig eine hohe Durchschlagsfestigkeit bei niedrigen Frequenzen gewährleistet. Diese polaren Bindungen tragen auch zu starken intermolekularen Kräften und hoher mechanischer Festigkeit bei.
(3) Die Chloratome in der Molekülstruktur verleihen flammhemmende Eigenschaften sowie eine gute chemische und Witterungsbeständigkeit. Allerdings stören diese Chloratome die Kristallstruktur, was zu einer relativ geringen Hitzebeständigkeit und einer schlechten Kältebeständigkeit führt, die durch geeignete Zusätze verbessert werden kann.
2. Arten von PVC-Harz
Zu den Polymerisationsverfahren für PVC gehören: Suspensionspolymerisation, Emulsionspolymerisation, Massepolymerisation und Lösungspolymerisation.
Bei der Herstellung von PVC-Harzen ist derzeit vorwiegend das Suspensionspolymerisationsverfahren im Einsatz, das auch bei Draht- und Kabelanwendungen zum Einsatz kommt.
Suspensionspolymerisierte PVC-Harze werden in zwei Strukturformen eingeteilt:
Loses Harz (XS-Typ): Zeichnet sich durch eine poröse Struktur, hohe Weichmacherabsorption, einfache Plastifizierung, bequeme Verarbeitungskontrolle und wenige Gelpartikel aus, was es zur bevorzugten Wahl für Draht- und Kabelanwendungen macht.
Kompaktharz (XJ-Typ): Wird hauptsächlich für andere Kunststoffprodukte verwendet.
3. Wichtige Eigenschaften von PVC
(1) Elektrische Isoliereigenschaften: Als hochpolares Dielektrikum weist PVC-Harz gute, aber etwas schlechtere elektrische Isoliereigenschaften im Vergleich zu unpolaren Materialien wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) auf. Der spezifische Durchgangswiderstand übersteigt 10¹⁵ Ω·cm; bei 25 °C und 50 Hz liegt die Dielektrizitätskonstante (ε) zwischen 3,4 und 3,6 und variiert erheblich mit Temperatur- und Frequenzänderungen; der dielektrische Verlustfaktor (tanδ) liegt zwischen 0,006 und 0,2. Die Durchschlagfestigkeit bleibt bei Raumtemperatur und Netzfrequenz hoch und wird von der Polarität nicht beeinflusst. Aufgrund seines relativ hohen dielektrischen Verlusts ist PVC jedoch nicht für Hochspannungs- und Hochfrequenzanwendungen geeignet und wird typischerweise als Isoliermaterial für Nieder- und Mittelspannungskabel unter 15 kV verwendet.
(2) Alterungsbeständigkeit: Während die Molekülstruktur aufgrund der Chlor-Kohlenstoff-Bindungen eine gute Alterungsbeständigkeit suggeriert, neigt PVC bei der Verarbeitung unter thermischer und mechanischer Belastung zur Freisetzung von Chlorwasserstoff. Oxidation führt zu Abbau oder Vernetzung, was zu Verfärbungen, Versprödung, deutlicher Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und Verschlechterung der elektrischen Isolationsleistung führt. 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: glasig, hochelastisch und viskos. Mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von etwa 80 °C und einer Fließtemperatur von etwa 160 °C erfüllt PVC im glasigen Zustand bei Raumtemperatur nicht die Anforderungen für die Anwendung in Drähten und Kabeln. Um eine höhere Elastizität bei Raumtemperatur bei gleichzeitig ausreichender Wärme- und Kältebeständigkeit zu erreichen, sind Modifikationen erforderlich. Durch die Zugabe von Weichmachern kann die Glasübergangstemperatur effektiv angepasst werden.
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Veröffentlichungszeit: 27. März 2025