Langlebige Lösung: Rohre aus strahlenvernetztem Polyethylen (PE) PE-Xc für Trinkwasserleitungen

Trinkwasserversorgungssysteme stellen hohe Anforderungen an Rohrleitungen. Dies gilt sowohl für die Erneuerung städtischer Wasserversorgungsnetze als auch für den Bau neuer Wohnanlagen oder die Installation von Leitungsnetzen in Krankenhäusern, sozialen Einrichtungen, Hotels, Sportstätten und Schulen. PE-Xc kommt auch beim Bau von Kreuzfahrtschiffen als Bestandteil von Mehrschichtverbundrohren zum Einsatz. Bei diesen Anwendungen sind die hygienische Unbedenklichkeit des Trinkwassers, die Wahrung seiner Geschmacksneutralität, Formstabilität, Druck- und Temperaturbeständigkeit sowie eine Zertifizierung für den Einsatz in der Schifffahrt wesentliche Anforderungen. Elektronenstrahlvernetztes Polyethylen (PE) ersetzt herkömmliche Rohrwerkstoffe und hat sich überall dort bewährt, wo große Mengen sauerstoffreichen Frischwassers zirkulieren und regelmäßig entnommen werden. Strahlenvernetzte Rohre und Stäbe aus PE-Xc zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber Druck, Temperatur und mechanischer Beanspruchung aus. Sie eignen sich daher für Anwendungen, bei denen langfristige Stabilität und die Erfüllung strenger Hygieneanforderungen erforderlich sind.

Verbesserung der Eigenschaften von Kunststoffrohren durch Strahlenvernetzung

Rohrleitungssysteme auf PE-Xc-Basis für den Transport von Trinkwasser bieten erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Werkstoffen wie Gusseisen, PVC und Stahl. Mithilfe hochenergetischer ionisierender Elektronenstrahlung lassen sich die Eigenschaften von Rohren, Formstücken und Kupplungen gezielt verbessern. Die entstehende vernetzte Struktur erhöht ihre Temperaturbeständigkeit und Spannungsrissbeständigkeit deutlich. Diese Eigenschaften tragen wesentlich zur Betriebssicherheit und zu einer langen Lebensdauer unter anspruchsvollen Bedingungen bei. Besonders wichtig sind die höhere hydrostatische Langzeitfestigkeit bei erhöhten Temperaturen und Innendrücken sowie die verbesserte Formstabilität.

Für die Bestrahlung werden Elektronenstrahlen eingesetzt, die von Beschleunigern erzeugt werden, in der Regel mit einer Energie von bis zu 10 Megaelektronenvolt (MeV). Bei der Vernetzung durchläuft das Rohr den Elektronenstrahl. Die Strahlenergie löst im Kunststoff gezielte chemische Reaktionen aus, bei denen sich die einzelnen Polymerketten miteinander verbinden und ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Das auf diese Weise gleichmäßig vernetzte Rohr wird als PE-Xc bezeichnet. Der Buchstabe „X“ steht für die Vernetzung und der Buchstabe „c“ für das physikalische Verfahren der Strahlenvernetzung. Das Ergebnis ist eine dauerhafte Verbesserung der thermischen und chemischen Beständigkeit, der Kriechbeständigkeit unter Langzeitbelastung und der Abriebfestigkeit. Das so behandelte Rohr kann daher unter anspruchsvolleren Bedingungen und mit einer deutlich längeren Lebensdauer eingesetzt werden. Die Strahlenvernetzung ist ein präzise steuerbarer Prozess: Durch die Einstellung der Strahlendosis lassen sich die gewünschten Materialeigenschaften erzielen und zuverlässig reproduzieren. Die Bestrahlung ist der letzte Verarbeitungsschritt vor der Auslieferung der Produkte.

Die Verbesserung der Materialeigenschaften im Detail

Rohre aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) werden bereits seit Jahrzehnten strahlenvernetzt, um die gewünschten Gebrauchseigenschaften sicherzustellen. Bei Rohrleitungen für den Transport von Trinkwasser kommt es jedoch nicht nur auf die Temperatur- und Druckbeständigkeit an. Insbesondere im Schiffbau und im Hotelgewerbe spielen auch Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Montageaufwand, Schalldämmeigenschaften und die hygienische Unbedenklichkeit des Wassers eine wichtige Rolle. Die Strahlenvernetzung und die dadurch erzielten Materialeigenschaften bieten PE-Xc-Rohren je nach Anwendung mehrere Vorteile:

• Das im Vergleich zu metallischen Rohrleitungssystemen deutlich geringere Gewicht erleichtert Transport, Handhabung und Montage.
• Der Werkstoff korrodiert nicht, wodurch PE-Xc-Rohre weniger anfällig für rostbedingte Ablagerungen oder Materialschäden durch Korrosion sind.
• Eine schnelle und flexible Montage ist möglich, da sich Kunststoffrohre leicht bearbeiten und an die baulichen Gegebenheiten anpassen lassen, beispielsweise bei Sanierungen oder bei komplexen Leitungsführungen in Hotels.
• Die Fähigkeit, Schwingungen und Schall zu dämpfen, kann dazu beitragen, Vibrationen und Betriebsgeräusche auf Schiffen und in Hotels zu reduzieren.
• Bei entsprechender Zertifizierung eignen sie sich auch für Trinkwasserleitungen mit hohen Hygieneanforderungen. Da ihre Oberfläche nicht korrodiert, werden daraus keine durch Korrosion entstehenden Partikel an das Trinkwasser abgegeben.

Strahlenvernetzung von Rohren und Stäben aus PE-Xc

Die Strahlenvernetzung erfolgt kontinuierlich nach der Extrusion mithilfe hochenergetischer Elektronen. Die Vernetzung verhindert den abrupten Festigkeitsabfall, der bei thermoplastischen Rohren üblicherweise in Langzeit-Innendruckprüfungen auftritt, insbesondere bei hohen Temperaturen bis zu 95 °C. Gleichzeitig verringert sie die Spannungsrissanfälligkeit der Rohre und erhöht ihre Beständigkeit gegenüber Chemikalien und aggressiven Medien.

In einem einzigen Prozessschritt lassen sich auch Mehrschichtverbundrohre vernetzen, sowohl als Ringbund als auch als gerade Stangenware. Der Elektronenstrahl durchdringt die dünne Metallschicht problemlos. Zugleich verbessert sich dadurch die Verbundfestigkeit zwischen der Metallschicht und dem Kunststoff an ihrer Grenzfläche. Anders als bei chemisch vernetzten PE-Xa- und PE-Xb-Rohren besteht bei strahlenvernetzten PE-Xc-Rohren kein Risiko von Rückständen der Vernetzungschemikalien. Im Vergleich zu chemischen Verfahren bietet das physikalische Verfahren der Strahlenvernetzung zudem eine sehr hohe Prozesssicherheit und eine deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeit.

Strahlenvernetzte PE-Xc-Rohre in der Logistikkette

Bei PE-Xc-Rohren erfolgt die Strahlenvernetzung als letzter Schritt nach der Formgebung des Produkts und vor dessen Auslieferung an den Endkunden. Der Vorteil der Behandlung mit ionisierender Strahlung besteht darin, dass die Produkte nach einer einfachen Freigabe zur weiteren Verwendung sofort eingesetzt oder weiterverarbeitet werden können, ohne dass zusätzliche Prüfungen, Lagerung oder Wartezeiten erforderlich sind.

Die Bestrahlung übernehmen in der Regel spezialisierte Dienstleister, da der Bau und Betrieb der erforderlichen Anlagen aufwendig sind. Betreiber von Elektronenbeschleunigern müssen unter anderem strenge Anforderungen an die bauliche Absicherung erfüllen und über umfangreiche Überwachungssysteme verfügen. Externe Dienstleister bieten insbesondere bei der Serienfertigung einen klaren Vorteil. Dank der Auslastung ihrer Kapazitäten und ihrer Fachkenntnisse setzen sie hochautomatisierte Prozesse ein, die die erforderliche Geschwindigkeit und ein hohes Qualitätsniveau gewährleisten.

PE-Xc-Rohre durchlaufen die Bestrahlungsanlage innerhalb weniger Sekunden. Anschließend wird mit einem standardisierten Prüfverfahren überprüft, ob der gewünschte Vernetzungsgrad erreicht wurde. Das Produkt ist danach sofort einsatzbereit. Im Idealfall gewährleistet der Dienstleister eine lückenlose Rückverfolgbarkeit, indem er jeden Auftrag vom Wareneingang über die Bestrahlung bis zur Auslieferung erfasst und den gesamten Ablauf gemäß den einschlägigen Vorschriften dokumentiert.

Dr. Michal Daněk
BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG
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