Mit Kunststoffen von SABIC Innovative Plastics können Wasserventile durch gestalterische Freiheit und hohe Leistungfähigkeit für lange Lebensdauer optimiert werden

05.02.2009

BERGEN OP ZOOM, Niederlande – Da Wasserventile dem Einfluss statischer oder dynamischer Drücke, hoher Temperaturen und unterschiedlicher Chemikalien ausgesetzt sind, werden sie seit langem aus Metallen wie etwa Messing hergestellt. Die heute verfügbaren technischen Thermoplaste können jedoch die bisher verwendeten Metalle ersetzen, wobei nicht nur hohe Leistungsfähigkeit, sondern auch vielfältigere gestalterische Freiheiten geboten werden können. Mit seinem Portfolio von modernen Spezialwerkstoffen kann SABIC Innovative Plastics im Verbund mit den im Fluid Engineering Center of Excellence in Bergen op Zoom in den Niederlanden verfügbaren wissenschaftlichen Einrichtungen und Fachkenntnissen seinen Kunden neue Möglichkeiten für Wasserventile anbieten, wobei hohe Effizienz, lange Lebensdauer und hervorragende Leistungseigenschaften gewährleistet werden können.

Dazu Frank Heessels, Leiter im Fluid Engineering Center of Excellence: "SABIC Innovative Plastics hat auf diesem Sektor vor allem dadurch seine Führungsposition erreicht, indem das Unternehmen das riesige Potenzial von technischen Thermoplasten für Anwendungen in der Fluidtechnik voll ausnutzt. Um aber sicher gehen zu können, dass ein Kunststoff auch tatsächlich den hohen Anforderungen standhalten kann, denen Wasserventile ausgesetzt sind, werden Langzeitdaten benötigt. Deshalb haben wir bedeutende Investitionen in unserem Fluid Engineering Center getätigt, damit wir auch wirklich gewährleisten können, dass unsere Werkstoffe ihre hohen mechanischen Eigenschaften auch im sehr langfristigen Einsatz beibehalten. Da wir nur anspruchsvolle Test- und Messtechnologien nutzen, können wir unseren Kunden zusichern, dass diese Werkstoffe auch ihren höchsten Anforderungen entsprechen werden.
Freiheit für neue Gestaltungsmöglichkeiten
Die Vereinfachung in der Konstruktion und dabei angewandte Innovation können einen bedeutenden Einfluss auf die endgültige Leistungsfähigkeit eines Wasserventils haben. Im Vergleich zu Metall, wo mehrere Teile mechanisch zusammengebaut werden müssen, gestattet der Einsatz von Thermoplasten wie etwa Noryl* und Ultem* von SABIC Innovative Plastics die Integration von Komponenten und Funktionen in einem einzigen Teil.
Neue und bewährte Fertigungstechnologien erweitern dabei die gebotenen Möglichkeiten für die Konstruktion von Kunststoffventilen. So können beispielsweise glatte und chemisch widerstandsfähige Innenteile in einem einzigen Prozessschritt mit einem als Funktionsteil dienenden Gehäuse umspritzt werden, wobei Zeit und Geld durch die Vermeidung von separaten Fertigungsprozessen gespart werden können.
Eingehende Kenntnisse über das Verhalten von verschiedenen Kunststoffen im Fertigungsprozess von Kunststoffventilen sind entscheidend für die Sicherstellung guter Einsatzeigenschaften des Fertigerzeugnisses.
SABIC Innovative Plastics setzt Werkzeuge zur Struktur- und Prozesssimulation ein, die zur Bewertung von Eigenschaften in der praktischen Anwendung beitragen. Die erfolgreiche Umsetzung hängt natürlich vor allem von der Qualität der verfügbaren Daten ab.
Eigenschaften von Kunststoffen für Fluidanwendungen
Über die Optimierung des Designs hinaus prüft das Fluid Engineering Center folgende kritischen Materialeigenschaften von Kunststoffen, die für den Einsatz bei Wasserventilen vorgesehen werden.
  • Statische Festigkeit: Eine hohe anfängliche statische Festigkeit kann erforderlich sein, damit auch bei unsachgemäßer Montage durch einen Installateur, der an die Montage von Metallteilen gewohnt ist, keine Schäden auftreten. Erfolgt diese unsachgemäße Montage bei Beginn der Lebensdauer eines Teils, so liegt das oft daran, das eine traditionelle Konstruktionsweise verwendet wurde. Die aus der Montage resultierenden Teilespannungen bestehen jedoch möglicherweise nicht während der gesamten Lebensdauer des Teils. Wenn es die Konstruktion erlaubt, können diese Spannungen relaxieren, speziell bei erhöhten Temperaturen. Wenn die durch die unsachgemäße Behandlung entstehenden Kräfte zu hoch sind, erlaubt die Designflexibilität von Kunststoffen oft eine stärkere Konstruktion. SABIC Innovative Plastics bietet eine umfassende Produktpalette aus vielen Kunststoffen und Verstärkungssystemen, die auch vielen verschiedenen Betriebsbedingungen standhalten können.
  • Langzeit-Kriechverhalten und Festigkeit: In vielen Anwendungsfällen besteht ein kontinuierlicher Innendruck, der sich als Dauerspannung im Teil auswirkt. Demzufolge unterliegen thermoplastische Werkstoffe einer langsam fortschreitenden Deformation (Kriechen). Amorphe Kunststoffe wie etwa Noryl* und Ultem* kriechen typischerweise weniger, sind dimensionsstabiler und behalten ihre Fähigkeiten zur Abdichtung von Ventilen länger als teilkristalline Kunststoffe bei. Bei hohen Spannungen kann die Deformation jedoch einen kritischen Grad erreichen und letztendlich den Bruch des Teils, einen so genannten Kriechbruch, auslösen. Es stehen jedoch viele glasfaserverstärkte Kunststoffe zur Verwendung bereit, die zur Verbesserung des Kriechverhaltens eines Werkstoffes eingesetzt werden können, wie etwa die Materialtypen Ultem 2300, Noryl GTX und Noryl GFN1630V.
  • Ermüdung: Schwankende Druckbeanspruchungen verursachen ein völlig anderes Materialverhalten. Ermüdung kann durch schwankende Druckbeanspruchung im System entstehen, durch Druckstöße als Folge des plötzliche Schließens von Ventilen erwachsen oder durch unterschiedliche Wärmeausdehnung bei Temperaturveränderungen in ungleichen, miteinander verbundenen Materialien hervorgerufen werden. Ermüdung verursacht Materialschäden, die sich dann summieren können, bis ein Versagen eintritt. Das Ermüdungsverhalten hängt von Konstruktionsmerkmalen wie etwa Lasttyp und Werkstoffdicke ab. So resultieren beispielsweise dünnere Wände in der Regel bei gleicher Belastung in einer längeren Lebensdauer. Mit dem Einsatz von Noryl GFN1430V von SABIC Innovative Plastics kann das Dünnwandverhalten bei Anwendungen dieser Art verbessert werden.
  • Wasser- und Chemikalienbeständigkeit: Der Einsatz von Kunststoffen wird oft für Ventile erwogen, die im Umfeld hoher Korrosionsrisiken oder chemischer Beanspruchung verwendet werden. Letztendlich ist es aber die Dauer der Einwirkung, die bestimmt, ob das Teil ausreichende Beständigkeit aufweist. Erhöhte Temperaturen und kontinuierlich auf das Teil einwirkende Belastungen beschleunigen die Auswirkungen einer Chemikalie auf die Materialfestigkeit.
Manche teilkristallinen Kunststoffe, beispielsweise Polyamide und Polyphenylensulfide, besitzen eine bessere Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien als amorphe Kunststoffe, wie etwa Polyphenylenether und Polystyrene. Der auf Polyphenylenoxid (PPO) basierende Kunststoff Noryl von SABIC Innovative Plastics ist zwar amorph, bietet aber dennoch bessere Heißwasserbeständigkeit als andere Kunststoffe mit sonst ähnlichen Eigenschaften. Darüber hinaus können glasfaserverstärkte Kunststoffe in heißem Wasser eine gewisse Reduzierung der Festigkeit aufweisen. Der Grund dafür liegt in einer Degradation, die an der Grenzfläche zwischen Kunststoff und Glasfaser entsteht.
SABIC Innovative Plastics hat durch eingehende Forschungen vielfältige Kenntnisse über solche Einwirkungen bei einem breiten Sortiment verschiedener Kunststoffe gewonnen und versteht, wie diese in komplexen Formen zusammenwirken, beispielsweise bei einem Ventil.

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Helen Vandebovenkamp

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