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Was ist Polyvinylchlorid (PVC), und wofür wird es verwendet?

Polyvinylchlorid (PVC) ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten thermoplastischen Polymere (neben einigen wenigen weiter verbreiteten Kunststoffen wie PET und P.P.). Es ist ein von Natur aus weißer und sehr spröder (vor der Zugabe von Weichmachern) Kunststoff. PVC gibt es schon länger als die meisten Kunststoffe: Es wurde erstmals 1872 synthetisiert und in den 1920er Jahren von der B.F. Goodrich Company kommerziell hergestellt. Im Vergleich dazu wurden viele andere gängige Kunststoffe erst in den 1940er und 1950er Jahren synthetisiert und kommerziell nutzbar gemacht. Am häufigsten wird es in der Bauindustrie verwendet, aber auch für Schilder, medizinische Anwendungen und Fasern für Kleidung. PVC wurde zweimal zufällig entdeckt, einmal 1832 von dem französischen Chemiker Henri Victor Regnault und dann 1872 von einem Deutschen namens Eugene Baumann.

Die Grundformen und Funktionen von Polyvinylchlorid (PVC)

PVC wird in zwei allgemeinen Formen hergestellt: als hartes oder weichmacherfreies Polymer (RPVC oder uPVC) und als flexibler Kunststoff. In seiner Grundform zeichnet sich PVC durch seine starre, aber spröde Struktur aus. Während die weichgemachte Version in zahlreichen Branchen verwendet wird, hat auch die harte Version von PVC ihre Berechtigung. Branchen wie die Sanitärindustrie, die Abwasserwirtschaft und die Landwirtschaft können Hart-PVC in vielen Funktionen einsetzen.

Flexibles, weichgemachtes oder normales PVC ist weicher und lässt sich aufgrund des Zusatzes von Weichmachern wie Phthalaten (z. B. Diisononylphthalat oder DINP) leichter biegen als PVC. Weich-PVC wird im Baugewerbe häufig zur Isolierung elektrischer Leitungen oder als Bodenbelag in Wohnungen, Krankenhäusern, Schulen und anderen Bereichen verwendet, in denen eine sterile Umgebung eine Priorität ist. In einigen Fällen kann PVC als effektiver Ersatz für Gummi dienen. Hart-PVC wird auch im Bauwesen als Rohr für Sanitäranlagen und Verkleidungen verwendet, was in den Vereinigten Staaten gemeinhin mit dem Begriff „Vinyl“ bezeichnet wird. PVC-Rohre werden häufig mit ihrer „Schedule“ bezeichnet (z. B. Schedule 40 oder Schedule 80). Zu den wichtigsten Unterschieden zwischen den verschiedenen Rohrtypen gehören Wandstärke, Druckstufe und Farbe.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von PVC-Kunststoff gehören sein relativ niedriger Preis, seine Widerstandsfähigkeit gegen Umweltschäden (sowie gegen Chemikalien und Laugen), seine hohe Härte und seine für Kunststoff hervorragende Zugfestigkeit im Falle von Hart-PVC. PVC ist nach wie vor weithin verfügbar, wird häufig verwendet und lässt sich leicht recyceln (kategorisiert durch den Harzidentifikationscode „3“).

Welche Eigenschaften hat Polyvinylchlorid (PVC)?

Einige der wichtigsten Eigenschaften von Polyvinylchlorid (PVC) sind:

1. Dichte: PVC ist im Vergleich zu den meisten Kunststoffen sehr dicht (spezifisches Gewicht um 1,4)
2. Wirtschaftlich: PVC ist leicht verfügbar und billig.
3. Härte: Hart-PVC schneidet bei Härte und Haltbarkeit gut ab.
4. Festigkeit: Hart-PVC hat eine ausgezeichnete Zugfestigkeit.

Polyvinylchlorid ist ein „thermoplastisches“ (im Gegensatz zu einem „duroplastischen“) Material, was mit der Art und Weise zu tun hat, wie der Kunststoff auf Wärme reagiert. Thermoplastische Materialien werden bei ihrem Schmelzpunkt flüssig (der bei PVC je nach Zusatzstoffen zwischen sehr niedrigen 100 Grad Celsius und höheren Werten wie 260 Grad Celsius liegt). Eine der wichtigsten nützlichen Eigenschaften von Thermoplasten ist, dass sie bis zu ihrem Schmelzpunkt erhitzt, abgekühlt und wieder erwärmt werden können, ohne dass es zu einer wesentlichen Verschlechterung kommt. Anstatt zu verbrennen, verflüssigen sich Thermoplaste wie Polypropylen, so dass sie leicht spritzgegossen und anschließend recycelt werden können. Im Gegensatz dazu können duroplastische Kunststoffe nur einmal erhitzt werden (in der Regel während des Spritzgießprozesses). Die erste Erwärmung bewirkt, dass duroplastische Materialien aushärten (ähnlich wie ein 2-Komponenten-Epoxid), was zu einer chemischen Veränderung führt, die nicht rückgängig gemacht werden kann. Würde man versuchen, einen duroplastischen Kunststoff ein zweites Mal auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, würde er nur verbrennen. Diese Eigenschaft macht duroplastische Materialien zu schlechten Kandidaten für das Recycling.

Warum wird Polyvinylchlorid (PVC) so häufig verwendet?

PVC bietet sowohl in seiner harten als auch in seiner flexiblen Form eine breite Palette von Anwendungen und Vorteilen in verschiedenen Branchen. Vor allem Hart-PVC besitzt eine für Kunststoff hohe Dichte, die es extrem hart und im Allgemeinen unglaublich stark macht. Außerdem ist es leicht verfügbar und kostengünstig, was es in Verbindung mit den langlebigen Eigenschaften der meisten Kunststoffe zu einer guten Wahl für viele industrielle Anwendungen wie das Baugewerbe macht.

PVC ist extrem haltbar und leicht, was es zu einem attraktiven Material für das Baugewerbe, die Sanitärbranche und andere industrielle Anwendungen macht. Darüber hinaus macht der hohe Chlorgehalt das Material feuerbeständig, ein weiterer Grund, warum es sich in verschiedenen Branchen so großer Beliebtheit erfreut.

Was sind die verschiedenen Arten von PVC?

Polyvinylchlorid ist in zwei großen Kategorien erhältlich: hart und flexibel. Jeder Typ bietet eine Reihe von Vorteilen und ideale Verwendungsmöglichkeiten für verschiedene Branchen. Weich-PVC kann als Isolierung für elektrische Kabel und als Alternative zu Gummi verwendet werden. Hart-PVC hat verschiedene Verwendungszwecke im Bau- und Sanitärbereich und ist ein leichtes, kosteneffizientes und langlebiges Material für den Einsatz.

Wie wird PVC hergestellt?

Polyvinylchlorid wird in einem von drei Emulsionsverfahren hergestellt:

1. Suspensionspolymerisation
2. Emulsionspolymerisation
3. Schüttgutpolymerisation

Polyvinylchlorid für die Entwicklung von Prototypen auf CNC-Maschinen, 3D-Druckern, & Spritzgussmaschinen

Zwei Hauptprobleme bei der Arbeit mit PVC machen es relativ problematisch und werden im Allgemeinen nicht für die Verwendung durch Nichtfachleute empfohlen. Das erste ist die Emission von giftigen und ätzenden Gasen beim Schmelzen des Materials. Dies geschieht in gewissem Maße beim 3D-Druck, bei der CNC-Bearbeitung und beim Spritzgießen. Wir empfehlen, einen Blick in die MSDS-Datenblätter für verschiedene Chlorkohlenwasserstoffgase wie Chlorbenzol zu werfen und den Produktionsprozess mit einem professionellen Hersteller zu besprechen. Der zweite Punkt ist die korrosive Eigenschaft von PVC. Dies ist problematisch, wenn PVC wiederholt mit Metalldüsen, Schneidegeräten oder Formwerkzeugen in Berührung kommt, die nicht aus rostfreiem Stahl oder einem anderen ähnlich korrosionsbeständigen Metall bestehen.

3D-Druck:

Polyvinylchlorid ist in Form von Filamenten als Kunststoff-Schweißdraht (das Material, das zum Schweißen verwendet wird) erhältlich, aber es ist derzeit nicht für die spezifische Verwendung im 3D-Druck nachrüstbar. Obwohl es eine wachsende Zahl von Kunststoffen und Kunststoffersatzstoffen für den 3D-Druck gibt, sind ABS und PLA nach wie vor die beiden am weitesten verbreiteten. Bei Creative Mechanisms verwenden wir für den 3D-Druck in der Regel ABS. Eine Liste der Gründe dafür und einen Vergleich der beiden gängigsten Kunststoffe für den 3D-Druck (ABS und PLA) finden Sie hier.

Das größte Problem mit PVC für den 3D-Druck ist seine korrosive Eigenschaft (die bei längerem Gebrauch die Funktionsfähigkeit typischer Maschinen beeinträchtigen könnte). Ein interessantes Kickstarter-Projekt zur Entwicklung einer PVC-fähigen 3D-Druckdüse (Extruderkopf) wurde von dem Ingenieur und Unternehmer Ron Steele vorgeschlagen, das leider 2014 ohne ausreichendes Interesse geschlossen wurde. Sie können sich den einleitenden Pitch (Video) hier ansehen:

CNC-Bearbeitung:

Polyvinylchlorid kann auf einer CNC-Maschine geschnitten werden, aber jeder Zerspaner, der es schon einmal versucht hat, hat wahrscheinlich die Erfahrung gemacht, dass sich der Fräser je nach Material abnutzt. PVC ist korrosiv und abrasiv, und Fräser, die nicht aus rostfreiem Stahl oder einem vergleichbar korrosionsbeständigen Material hergestellt sind, werden sich mit der Zeit wahrscheinlich abnutzen.

Spritzgießen:

Polyvinylchlorid kann wie andere Kunststoffe gespritzt werden, aber Chlor im Material erschwert das Verfahren. Das liegt daran, dass geschmolzenes PVC ein ätzendes, giftiges Gas freisetzen kann. Daher müssen die Werkstätten mit guten Belüftungssystemen ausgestattet sein. Diejenigen, die das nicht haben, werden wahrscheinlich zögern, mit diesem Material zu arbeiten. Darüber hinaus sind beim Spritzgießen von PVC-Kunststoff besonders korrosionsbeständige Materialien wie Edelstahl oder Chrombeschichtungen für das Formwerkzeug erforderlich. Die Schrumpfung von PVC liegt in der Regel zwischen einem und zwei Prozent. Sie kann jedoch in Abhängigkeit von mehreren Faktoren variieren, darunter Materialhärte, Anschnittgröße, Nachdruck, Nachdruckzeit, Schmelzetemperatur, Formwandstärke, Formtemperatur sowie Prozentsatz und Art der Zusatzstoffe.

Ist PVC giftig?

PVC kann bei Verbrennung gesundheitsgefährdend sein, da es Chlorwasserstoffdämpfe (HCl) abgibt. Bei Anwendungen, bei denen die Wahrscheinlichkeit eines Brandes hoch ist, wird manchmal eine PVC-freie Isolierung für elektrische Leitungen bevorzugt. Dämpfe können auch beim Schmelzen des Materials entstehen (z. B. beim Prototyping und bei Fertigungsverfahren wie 3D-Druck, CNC-Bearbeitung und Spritzgießen). Wir empfehlen, einen Blick in die Sicherheitsdatenblätter für verschiedene Chlorkohlenwasserstoffgase wie Chlorbenzol zu werfen und den Produktionsprozess mit einem professionellen Hersteller zu besprechen.

Was sind die Vorteile von Polyvinylchlorid?

PVC bietet der Industrie eine Reihe von entscheidenden Vorteilen, die seinen Platz als einer der beliebtesten und am häufigsten verwendeten Kunststoffe auf dem Markt zementiert haben. Zu diesen Vorteilen gehören:

1. Polyvinylchlorid ist leicht verfügbar und relativ preiswert.
2. Polyvinylchlorid ist sehr dicht und daher sehr hart und widersteht im Vergleich zu anderen Kunststoffen sehr gut der Verformung durch Stöße.
3. Polyvinylchlorid hat eine hervorragende Zugfestigkeit.
4. Polyvinylchlorid ist sehr beständig gegen Chemikalien und Laugen.

Die Vorteile von PVC haben dazu beigetragen, seinen Platz als einer der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe zu festigen. Doch auch wenn es weithin wirksam und beliebt ist, müssen Sie bei der Verwendung des Materials einige Faktoren berücksichtigen.

Was sind die Nachteile von Polyvinylchlorid?

Während PVC eine Reihe von Vorteilen hat, die es zu einem wünschenswerten Material machen, gibt es einige Gründe, die zur Vorsicht mahnen. Zu den Nachteilen, die Sie bei der Verwendung von PVC berücksichtigen müssen, gehören:

1. Polyvinylchlorid ist sehr wenig hitzebeständig. Aus diesem Grund werden dem Material bei der Herstellung in der Regel Additive zugesetzt, die es bei höheren Temperaturen stabilisieren.
2. Polyvinylchlorid gibt giftige Dämpfe ab, wenn es schmilzt oder in Brand gerät.

Auch wenn es einige Mängel aufweist, ist Polyvinylchlorid insgesamt ein ausgezeichnetes Material. Es hat eine einzigartige Mischung von Eigenschaften, die es für das Baugewerbe besonders nützlich machen. Indem Sie die Mängel des Materials zur Kenntnis nehmen und berücksichtigen, können Sie effektiv navigieren und kompensieren, so dass Sie das Material bei Ihren kommenden Projekten effektiv einsetzen können.

Welche Eigenschaften hat Polyvinylchlorid?

*im Normzustand (bei 25 °C (77 °F), 100 kPa)