Chemischer Aufbau

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Der Werkstoff Polyethylen besteht aus langkettigen Molekülen, die auf dem Grundmolekül Ethylen C2H4 basieren. PE ist aus langen Molekülketten aufgebaut, welche Verzweigungen enthalten. Der Grad der Verzweigung dieser Molekülketten und die Länge der Seitenketten bestimmen die Eigenschaften des Poly­ethylens wesentlich. Grundbestandteile von PE sind Kohlenstoff und Wasserstoff. Es werden keine weiteren Zusatzstoffe eingebracht, wodurch dieser Werkstoff sich gegenüber seiner Umwelt völlig neutral verhält. Der Verzweigungsgrad bestimmt dabei maßgeblich die Eigenschaften des Werkstoffes. Die geradlinigen Teile der Molekülketten bilden kristalline Bereiche, Kristallite genannt. Innerhalb des Werkstoffgefüges sind diese u. a. verantwortlich für die mechanische Festigkeit des Werkstoffes. Die Kristallite wiederum sind über amorphe, also ungeordnete Bereiche miteinander verbunden. Werkstoffeigenschaften wie Spannungsrissbeständigkeit und Kriechneigung werden in erster Linie von diesen amorphen Bereichen bestimmt.

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Monomer (Grundmolekül) Ethylen Strukturformel von Polyethylen

Das Makromolekül Polyethylen kann zusätzlich räumlich dreidimensional vernetzt werden. Durch die Vernetzung werden die einzelnen kristalline Bereiche durch ein Netzwerk aus vernetzten amorphen Bereichen verbunden, siehe Bild 2.

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Bild 1: Schema zur Darstellung von unvernetzten (links) PE und vernetztem Polyethylen PE-X (rechts)

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Bild 2: Schema zur Darstellung von unvernetztem Polyethylen
Quelle: GERODUR MPM Kunststoffverarbeitung GmbH & Co.KG, Neustadt

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Bild 3: Vergleich der Struktur eines teilkristallinen Polyethylen vor und nach der Vernetzung
Quelle: GERODUR MPM Kunststoffverarbeitung GmbH & Co.KG, Neustadt

Hierdurch werden bei Rohren und Formteilen aus PE-X sowohl die Temperaturbeständigkeit verbessert sowie die Schlagzähigkeit und die Spannungsrissbeständigkeit erhöht. Allerdings kann vernetztes Polyethylen PE-X im Vergleich zu Polyethylen (Thermoplast) nicht mehr aufgeschmolzen werden und ist somit höher thermisch belastbar. Jedoch können Kunststoffrohre aus PE-Xa durch Heizwendelschweißen (Elektroschweißmuffenverbindung aus PE100 oder aus PE-Xa) stoffschlüssig miteinander verbunden werden, da die nicht vernetzten amorphen Bereiche noch aufschmelzen.

PE-Xa Rohre sind schweißbar
Lange Zeit galt PE-Xa durch die besondere Molekülstruktur als nicht schweißbar. In einem Forschungsvorhaben des DVGW sowie durch Untersuchungen des DVS wurde aber bereits bewiesen, dass die Verbindung von PE-Xa Rohren mittels handelsüblicher Heizwendelschweißfittings (Elektroschweißmuffen aus PE 100 oder aus PE-Xa) nicht nur möglich ist, sondern auch mindestens die gleiche Sicherheit und Zuverlässigkeit bietet wie die Verbindung unvernetzter Polyethylenrohre.

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Bild 4: Verbindung von PE-Xa-Rohren mit Elektroschweißmuffe
Quelle: Uponor GmbH, Hassfurt