Mechanismus der Strahlenvernetzung
Die seit den 60er-Jahren angewandte Strahlenvernetzung ist ein physikalische Vernetzungsmethode. Chemische Zusatzstoffe wie bei der Silan- oder Peroxidvernetzung sind nicht nötig. Energiereiche Strahlung (Elektronen-ß-Strahlung) spaltet die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen, und es entstehen Radikalstellen in der Polymerkette. Die Elektronen sind in der Lage, Wasserstoffatome aus dem Polyethylenmolekül abzuspalten und dadurch an den Kohlenstoffatomen reaktive Stellen zu erzeugen – sogenannte Radikale. Befinden
sich nun zwei derartig erzeugte reaktive Stellen nahe beieinander, verbinden sich die Kohlenstoffatome miteinander und es entstehen sogenannte Vernetzungsbrücken. Während der Vernetzung wird das Rohr durch einen Elektronenstrahl geführt. Auf diese Weise entsteht ein gleichmäßig vernetztes Rohr, das nun die Bezeichnung ‚PE-Xc' erhält. Dabei steht das ‚X' für „crosslinking" (= Vernetzung); ‚c' kennzeichnet die physikalische Methode.
 |
 |
 |
|
Bild 1: Molekularer Aufbau von Polyethylen. |
Bild 2: Mit Hilfe beschleunigter Elektronen wird von den Kohlenwasserstoffketten Wasserstoff abgespalten. | Bild 3: So können sich die Molekülketten sofort vernetzen. |
Quelle: Hewing GmbH, Ochtrup
Verfahren zur Herstellung strahlenvernetzter Kunststoffrohre
Extrusion und Vernetzung finden in zwei räumlich und zeitlich getrennten Schritten statt. Ausdiesem Grund kann die Extrusion auf konventionellen Extrusionsanlagen erfolgen. Das Rohr aus dem Basisrohstoff Polyethylen PE wird extrudiert und auf großen Trommeln (Länge bis 10.000 m) aufgewickelt. Zum Vernetzen wird das Rohr abgewickelt und durchläuft mehrfach mit hoher Geschwindigkeit das Bestrahlungsfenster des Elektronenbeschleunigers. Als Folge der Bestrahlung werden H-Atome aus den PE-Molekülketten herausgelöst und H2 freigesetzt. Gleichzeitig erwärmt sich das Rohr auf Temperaturen bis 90°C. Da die Vernetzung im Gegensatz zur peroxidischen Vernetzung im festen Zustand erfolgt, findet die Vernetzung im Wesentlichen in den amorphen Bereichen statt (siehe Bild 4). Dementsprechend bleibt der Kristallisationsgrad und damit die Dichte nahezu unverändert. Zur Erzielung des geforderten Vernetzungsgrades von >60 % ist in der Regel eine Strahlendosis von 100-150 kGy (1 Gray: 1 kGy = 1 kJ/kg) erforderlich.
Bild 4: Vergleich der Struktur eines teilkristallinen Polyethylen vor und nach der Vernetzung
Quelle: GERODUR MPM Kunststoffverarbeitung GmbH & Co.KG, Neustadt