Es werden Schläuche mit vernachlässigbarer Gasdurchlässigkeit angeboten. Sie kommen als nahezu gasdichte Förderschläuche in vielfältigen technischen und analytischen Anwendungen zum Einsatz, wie zum Beispiel zur Förderung von Brenngasen und Schutzgasen. Auch Hochdruckschläuche für chemische Dämpfe und Gase müssen eine niedrige Gaspermeabilität aufweisen, damit es nicht zu einer Gefährdung von Mensch und Umwelt durch diffundierende explosible, umweltschädigende oder erstickend wirkende Gase kommt.
Was sind gasdichte Schläuche?
Gasdichte Schläuche kommen zur Förderung von Brenngasen, Schutzgasen, chemischen Dämpfen und anderen Gasen zum Einsatz. Um einen möglichst geringen Gasaustritt zu gewährleisten, werden solche Gasschläuche aus Schlauchmaterialien mit geringster Gaspermeabilität hergestellt. Durch eine bewusst hoch gewählte Wandstärke und einen zusätzlichen Außenmantel können die Permeabilitätswerte, die Druckbelastbarkeit und die Witterungsbeständigkeit noch weiter verbessert werden.
Was steckt hinter dem Begriff der „Gaspermeabilität“?
Das Phänomen der Gasdiffusion durch Kunststoffe hat jeder von uns schon einmal beobachten können, zum Beispiel bei Fahrrad- oder Autoreifen, die immer mal wieder aufgepumpt werden müssen, obwohl deren Ventile dicht sind. Ein anderes Alltagsbeispiel sind aufgepumpte Luftballons, die trotz Sicherung durch einen festen Knoten schon nach einiger Zeit zusammenschrumpfen. Doch warum schrumpfen mit Helium gefüllte Luftballons schneller als solche, die mit Lungenkraft aufgeblasen wurden?
Ursächlich sind die unterschiedlichen Größen der Gasmoleküle der beiden Ballonfüllungen. Im Vergleich zu Helium sind die in der Atemluft enthaltenen Moleküle, hauptanteilig Stickstoff und Sauerstoff, sehr groß. Und da große Moleküle in der Regel langsamer diffundieren als kleine, bleibt ein mit Atemluft aufgeblasener Ballon länger prall als ein mit Helium aufgepumptes Pendant.
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| Mit Atemluft aufgepumpte Luftballons bleiben länger prall als solche, die mit Helium befüllt wurden |
Jeder Kunststoff hat ein spezifisches „freies Volumen“, das von der Zusammensetzung des Polymers sowie seinem Vernetzungsgrad abhängt. Generell lässt sich festhalten, dass Elastomere, wie Silikon-Kautschuk, hohe Permeabilitätswerte aufweisen, während diese bei harten Kunststoffen, wie Polyamiden, niedriger ausfallen. Doch auch für einzelne Polymere liegen unterschiedliche Gaspermeabilitätswerte vor, die in Abhängigkeit des zu leitenden Gases angegeben werden. So sind für Sauerstoff und Stickstoff generell niedrigere Werte zu erwarten als für Helium und Wasserstoff. Üblicherweise wird die Permeabilität als die Menge des durchgetretenen Stoffes in Mikrogramm pro Quadratzentimeter und Minute angegeben.
Kunststoffe sind umso weniger gasdurchlässig, je höher ihr Vernetzungsgrad ist. Mit einer höheren Vernetzung verringert sich jedoch auch deren Elastizität, sodass man es schließlich mit starren Kunststoffrohren statt mit elastischen Schläuchen zu tun hat. Daraus folgt, dass es einen Gummischlauch, der sowohl elastisch und absolut gasundurchlässig ist, nicht geben kann. Bei den am Markt erhältlichen elastischen Schlauchangeboten wird daher auch von einer vernachlässigbaren Gaspermeabilität gesprochen, und nicht von einer absoluten Gasundurchlässigkeit.
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Von nennenswerter Bedeutung für die Gasdurchlässigkeit ist außerdem der Füllstoffgehalt der Kunststoffe. Durch Füllstoffe, wie feindisperses Siliziumdioxid, kann das „freie Volumen“ zusätzlich reduziert werden, ohne dass der Schlauch an Elastizität verliert.
Werkstoffe für gasdichte Förderschläuche
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
SBR zeigt gute Beständigkeit und wenig Quellung in anorganischen und organischen Säuren und Basen sowie Alkoholen und Wasser. SBR ist unempfindlich gegenüber Bremsflüssigkeit. Angegriffen wird das Material hingegen von Aliphaten, Aromaten und Chlorkohlenwasserstoffen, besonders Mineralöl, Schmierfett und Benzin. Der thermische Anwendungsbereich erstreckt sich von -40 °C bis + 70 °C.
Cloroprenkautschuk (CR)
Vulkanisate aus CR zeichnen sich durch moderate chemische Beständigkeit sowie gute Widerstandsfähigkeit gegen Versprödung, Witterungseinflüsse und Ozonangriff aus. Das Material ist außerdem flammwidrig. Wenig beständig ist CR in Mineralölen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen. In Aromaten, zum Beispiel Benzol und Toluol, chlorierten Kohlenwasserstoffen, Estern, Ethern und Ketonen quillt es hingegen stark. Sein thermischer Anwendungsbereich erstreckt sich typischerweise von -30 °C bis +110 °C.
Polytetrafluorethylen (PTFE, THOMAFLON)
PTFE steht für hohe Gasdichtigkeit und nahezu universelle chemische Beständigkeit. Sein Einsatzbereich von -200 °C bis +260 °C ist von großer Bedeutung für die Schlauchtechnik. Außerdem ist PTFE beständig gegenüber Witterungseinflüssen, UV-Strahlung und nahezu allen organischen und anorganischen Stoffen. Auch wenn die Druckbeständigkeit unverstärkter PTFE-Schläuche aus Vollmaterial nicht besonders hoch ist – zumindest im Vergleich zu vielen anderen harten Kunststoffen – stehen druckbeständige Schlauchausführungen zur Verfügung. Diese Druckschläuche sind mit einer zusätzlichen Ummantelung als Druckträger, meist aus EPDM oder Edelstahl, ausgestattet.
Weitere Fluorkunststoffe: PFA, MFA, FEP, FPM und PVDF
Perfluoralkoxy (PFA) ist, ähnlich wie PTFE, ein chemisch sehr beständiger und gasdichter Kunststoff. Der große Vorteil dieses Mischpolymerisats ist seine hohe Flexibilität im Vergleich zu anderen fluorierten Kunststoffmaterialien, auch bei tiefen Temperaturen. Sein Einsatzbereich erstreckt sich von -270 °C bis +260 °C.
Ein naher Verwandter ist Modifiziertes Fluoralkoxy (MFA), das, wie PFA, aus den monomeren Komponenten Tetrafluorethylen und Perfluoralkoxyethylen aufgebaut ist. Gegenüber PFA weist es jedoch deutlich veränderte physikalisch-chemische und technische Eigenschaften auf mit einem Temperaturbereich von -70 °C bis +260 °C, je nach Schlauchausführung. MFA-Schläuche gelten als äußerst gasundurchlässig, flexibel und chemikalienbeständig.
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Wellrohrschläuche aus dem Copolymer Fluorethylenpropylen (FEP) werden für Beatmungsschläuche eingesetzt, da sie die durch ihre spezielle Ausführung sehr flexibel und besonders knicksicher sind. Sie sind von -20 °C bis +205 °C einsetzbar.
Fluorkautschuk-Mischpolymerisate (FPM, FKM, Viton®) sind hochelastisch und chemisch beständig gegen eine ganze Bandbreite unterschiedlicher Chemikalien: Kraftstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe sowie viele Säuren und unpolare Lösungsmittel vermögen es nicht, das Material anzugreifen. Auch gegenüber Kraftstoffdämpfen ist FPM beständig, wodurch ein Einsatz im Automobilbereich ermöglicht wird. Hervorzuheben sind außerdem die geringe Gasdurchlässigkeit, die Witterungs- und Ozonbeständigkeit sowie die hohe Temperaturbeständigkeit von -20 °C bis +200 °C.
Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist ein teilkristalliner, thermoplastischer Kunststoff. Die harten chemikalien- und temperaturbeständigen Fluorkunststoffschläuche werden im chemischen Anlagenbetrieb und in Laboren als gasdichte Schläuche verwendet. Sie stehen für besonders anspruchsvolle Betriebsparameter. Der fluorierte Kunststoff PVDF ist beständig gegenüber zahlreichen Medien, wie Alkoholen, Aldehyden, Mineralölprodukten, Laugen und Säuren. Selbst unverstärkte PVDF-Schläuche aus Vollmaterial sind äußerst druckbeständig und können generell über einen Temperaturbereich von -40 °C bis +150 °C eingesetzt werden, kurzzeitig sogar bis +165 °C. Sie werden in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet – es sind keinerlei Weichmacher enthalten. Wegen ihrer hydrophoben Oberfläche und ihrer Materialreinheit sind sie physiologisch absolut unbedenklich, lebensmittelecht und außerdem sterilisierbar.
Polyviniylchlorid (PVC)
PVC-Schläuche sind kostengünstig, weit verbreitet und einfach zu handhaben. Das Spektrum der Einsatzgebiete ist dementsprechend groß und erstreckt sich vom einfachen Gartenschlauch bis hin zu druckbeständigen Lebensmittelschläuchen. Auch Gasschläuche aus PVC werden am Markt angeboten. Problematisch bei gewöhnlichem PVC sind jedoch die enthaltenen Weichmacher, die allmählich ausgasen können. Die dadurch spröde und brüchig werdenden Vinylschläuche sind dann nicht mehr für den Gastransport geeignet.
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PVC nimmt nur wenig Wasser auf und lässt sich leicht einfärben. Außerdem ist es beständig gegenüber vielen schwachen Säuren und Laugen und bedingt beständig gegenüber Ethanol, Öl, und Benzin. Angegriffen wird es von Aceton, Diethylether, Tetrahydrofuran (THF), Benzol und Chloroform. Auch wenn witterungsbeständige Formen entwickelt wurden, ist es nur begrenzt witterungs- und UV-beständig. Sein Einsatzbereich erstreckt sich, je nach Schlauchausführung, von -30 °C bis +70 °C.
Anwendungen gasdichter Förderschläuche
Gasdichte Schläuche für das Autogenschweißen und Brennschneiden
Für das Brennschneiden und das Autogenschweißen werden gasundurchlässige und chemisch beständige Schläuche für die Zuleitung von Sauerstoff und Acetylen benötigt. Eine Freisetzung des Gasgemisches ist unbedingt zu vermeiden, da Acetylen-Luftgemische schon ab 2,5 Vol.-% explosionsfähige Atmosphären bilden. Die Zuleitungsschläuche werden aus unterschiedlichen Materialien gefertigt, meist mit einer Innenseele aus EPDM, SBR oder einem EPDM/SBR-Polymerblend. Autogenschläuche werden zudem farbcodiert: Brennbare Gase werden in rot eingefärbten Gasschläuchen gefördert, nicht brennbare Gase in schwarz eingefärbten und Sauerstoff in blau eingefärbten.
Gasdichte Schläuche für die Förderung von Erdgas
Für das Durchleiten von Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht, werden Sicherheits-Gasschläuche aus Chloropren-Kautschuk verwendet. Eine große Dichtigkeit der Schläuche ist wichtig, da Erdgas-Luft-Gemische bereits ab 4,4 Vol.-% explosionsfähige Atmosphären bilden und erstickend wirken können. Die Gasbrennerschläuche sind orange-rot eingefärbt.
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| Orange-rot eingefärbte Gasbrennerschläuche |
PVC-Schläuche in chemischen Laboratorien
Die viel verwendeten PVC-Schläuche werden in chemischen Laboratorien für die Zuführung von Schutzgasen, wie Argon oder Stickstoff, eingesetzt. Auch für das Einleiten von Kohlenmonoxid oder für den Anschluss an Pressluft sind sie geeignet. Darüber hinaus kommen sie als Wasserschläuche zum Einsatz.
Stahlummantelte PTFE und FPM Hochdruckschläuche
Müssen Gase unter Druck befördert werden, bieten sich stahlummantelte PTFE und FPM Hochdruckschläuche an, die bei Drücken von bis zu 300 bar betrieben werden können. Sie kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn nicht nur eine hohe Gasundurchlässigkeit gefordert wird, sondern gleichzeitig auch eine hohe Druckbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit benötigt wird.
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| Stahldrahtumflochtene Gasschläuche für Hochdruckanwendungen |
Vorsicht bei gasdurchlässigen Silikonschläuchen
Vorsicht ist bei den viel verwendeten Silikonschläuchen geboten. Aufgrund seines sperrigen Molekülaufbaus weist Silikon die höchste Gasdurchlässigkeit aller technischen Polymere auf. Deshalb werden beim Durchleiten von Gasen große Mengen an Gas freigesetzt. Als gasdichte Schläuche sind sie deswegen nicht geeignet.
Gasdichte Kunststoffschläuche bei Reichelt Chemietechnik
Flexible, gasdichte Schläuche werden in der Schlauchtechnik für eine Vielzahl unterschiedlicher Applikationen benötigt. Reichelt Chemietechnik bietet nicht nur gasundurchlässige Förderschlauche an, sondern auch dazu passende Schlauchkupplungen, Schlauchverbinder und Schlauchschellen. Egal ob für Industrie-, Labor-, Lebensmittel- oder Pharmaanwendungen oder der Medizintechnik, im Sortiment der Reichelt Chemietechnik, Ihrem Partner für Schlauchtechnik und Fluidtechnik, werden Sie garantiert fündig. Profitieren Sie von unserer langjährigen Erfahrung, den kurzfristigen Lieferzeiten und dem Angebot qualitativ hochwertiger gasdichter Polymerschläuche.
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