Reichelt Chemietechnik Magazin
« Temperaturbeständige Materialien »
Ein hitzebeständiger Schlauch hat gegen hohe Temperaturen über längere Zeit eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit. Derartige Hochleistungsschläuche sind extrem robust, sowohl hinsichtlich der Materialauswahl als auch des Schlauchaufbaus. Heute gibt es für fast jede Anwendung im Chemie- und Prozessbereich den geeigneten Chemieschlauch.
Leistungsfähige Schläuche in vielerlei Hinsicht
In der Prozess- und chemischen Verfahrenstechnik kommt es oft auf Materialien an, die temperatur- und hitzebeständig sind. Denn die Reaktionen laufen teilweise bei hohen Temperaturen und Drücken ab, wobei flüssige oder gasförmige (Neben-)Produkte entstehen und abgeführt werden müssen oder Komponenten unter entsprechenden Betriebsbedingungen zuzuführen sind.
Auch in anderen Bereichen werden heiße Flüssigkeiten, Heißwasser oder Gase verarbeitet und müssen transportiert werden, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie. Dies erfolgt entweder durch entsprechend ausgelegte Rohre, nicht selten aber auch über Schlauchsysteme, die bestimmten Anforderungen an Druck, Temperatur, chemische Inertheit und Lebensmittelechtheit genügen müssen. Zudem ist oft eine extreme Robustheit gefragt.
Welche Anforderungen muss ein hitzebeständiger Schlauch erfüllen?
Hier stellt sich zunächst die Frage, in welchem Prozess der hitzebeständige Schlauch eingesetzt wird und was transportiert werden soll.
Ob Flüssigkeiten, Heißwasser oder auch die Förderung von heißen Gasen oder Pulvern – Transportschläuche sind stets unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt und müssen häufig auch große Robustheit aufzeigen. Zusätzlich wird nicht nur gefragt, ob der gesuchte Transportschlauch hitzebeständig ist, sondern oftmals muss er gleichzeitig hohe Drücke aushalten und nicht selten sowohl auf Unterdruck (Saugleistung) als auch auf (Über-) Druck ausgelegt sein. Für beide Fälle sind speziell dafür entwickelte Druckschläuche bzw. Saug- und Druckschläuche verfügbar.
Auch die Inertheit gegenüber Chemikalien, Säuren, Laugen oder Mineralölen ist für einen Chemieschlauch neben der Temperaturbeständigkeit sehr wichtig. Weiterhin sollte er frei von extrahierbaren Bestandteilen sein und, da Chemieschläuche oftmals im Dauerbetrieb eingesetzt werden, eine gute Alterungs- und Witterungsbeständigkeit besitzen.
Eine eigene Norm, die EN 12115, schreibt die Vorgaben fest, die ein Chemieschlauch erfüllen muss.
Beim Transport von heißen Feststoffen muss darauf geachtet werden, dass das ausgewählte Schlauchmaterial abriebfest ist. Handelt es sich dagegen um einen temperaturbeständigen Schlauch, der im Lebensmittelbereich eingesetzt werden soll, sind weitere Eigenschaften gefragt. Hier kommt es neben der Temperaturbeständigkeit vor allem darauf an, dass das eingesetzte Material für Lebensmittel zugelassen ist.
Das Gleiche gilt für Dampf-, Heißwasser- und Trinkwasserschläuche, die von der Lebensmittelindustrie und in Großküchen genutzt werden.
Aus welchen Materialien besteht ein temperaturbeständiger oder hitzebeständiger Schlauch?
Für viele Schlauchsysteme wird gern Silikonkautschuk eingesetzt. Er ist temperaturbeständig, gegenüber vielen Stoffen inert und gegenüber Witterungs- und Alterungseinflüssen extrem widerstandsfähig. Außerdem sind Schläuche aus Silikon völlig geschmacks- und geruchsfrei sowie physiologisch unbedenklich. Damit kann ein Silikonschlauch, der als hitzebeständig eingestuft ist, nicht nur in einer Vielzahl an „normalen“ Prozessen verwendet werden, sondern ist besonders für den Einsatz in der Lebensmitteltechnologie, aber auch in der Pharma- und Medizintechnik geeignet.
Noch höhere Temperaturbeständigkeit erreichen Silikonschläuche durch Umflechtung und Verschmelzen der äußeren Schlauchoberfläche mit hochhitzebeständiger Glasseide. Dies macht ihn zu einem idealen Chemieschlauch, der für extreme Einsatzzwecke bei hohen Temperaturen und Drücken einsatzbereit ist.
Schläuche aus Fluorkunststoff MFA
Ein anderer Werkstoff, der sich ebenfalls durch seine Beständigkeit gegenüber Hitze und vor allem gegenüber aggressiven Medien, wie Mineralsäuren oder auch organischen Lösungen auszeichnet, ist modifiziertes Fluoralkyl (MFA), ein perfluorierter, thermoplastischer Kunststoff der neueren Generation.
Der MFA-Schlauch ist transparent und kann in chemischen Prozessen und der Verfahrenstechnik bis zu +240° C dauerhaft eingesetzt werden.
Kapillarschläuche aus Polyimid
Auch Polyimid (PI) ist ein Kunststoff, der dauerhaft thermisch belastbar ist. Der unschmelzbare Werkstoff eignet sich wegen seiner Steifigkeit allerdings weniger für Schläuche. Wird dagegen ein temperaturbeständiger Kapillarschlauch gesucht, der sowohl chemisch inert als auch thermisch beständig ist, so kann auf einen Mikroschlauch aus Polyimid zurückgegriffen werden.
Vor allem für Mikroanalysen, in der Mikrosystemtechnik sowie in analytischen und biomedizinischen Geräten kommen PI-Kapillarschläuche zum Einsatz.
PTFE und mehr
Weitere Werkstoffe, die breit eingesetzt werden, sind Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polypropylen (PP), wobei PTFE-Schläuche in ihrer chemischen Beständigkeit PP-Schläuchen überlegen sind.
Sind die Temperaturen nicht ganz so hoch, so kann auch „low-density“-Polyethylen (LDPE) als Werkstoff nützlich sein. LDPE-Schlauch ist für Temperaturen bis zu 80°C geeignet, vor allem aber kann das Material, genau wie Silikon, im Lebensmittel- und auch Pharmabereich verwendet werden.
Chemieschlauch aus „high-density“-Polyethylen (HDPE-Chemieschlauch) kann bis zu 100°C eingesetzt werden. Durch Variationen im Schlauchaufbau können die Druck- und Temperaturbeständigkeit erhöht werden.
So kann die Innenseele, die mit dem Medium in Kontakt kommt, aus einem anderen Material bestehen, als der Außenmantel.
Letzterer kann beispielsweise aus einem Gummimaterial auf Kautschukbasis, wie EPDM oder CR, und ggf. durch Einlagen von Stahldraht, Glasfaser oder textilen Geflechten verstärkt sein, während die Innenseele aus einem lebensmittelechten Schlauchmaterial, wie TPE, besteht. Doppelmantelschläuche sind daher sehr vielseitig einsetzbar.
Welche Angaben helfen, das geeignete Schlauchsystem auszuwählen?
Dafür ist die Beantwortung folgender Fragen hilfreich:
1) Was ist über das durchzuleitende Medium bekannt?
Ist es eine Flüssigkeit, handelt es sich um ein Gas oder einen Feststoff und wie hoch ist die Betriebstemperatur? Über Beständigkeitslisten kann das Material ausgewählt werden, welches gegenüber dem durchleitenden Medium inert ist. Werden Feststoffe transportiert, ist darauf zu achten, dass der Transportschlauch robust und im Inneren aus abriebfestem Material hergestellt ist.
Sollen Lebensmittel oder Wasser transportiert werden, so sind die gesetzlichen Vorgaben zur Lebensmittelechtheit des eingesetzten Materials sowie die Vorgaben der Trinkwasserverordnung zu beachten.
2) Wie hoch ist die Betriebstemperatur?
Natürlich muss das verwendete Material temperaturbeständig sein. Ebenso wie die Betriebstemperatur ist der Betriebsdruck eine wichtige Entscheidungsgröße, weil sich mit der Erhöhung der Betriebstemperatur die mechanische Stabilität eines Schlauchs deutlich verringern kann. Aber auch die Frage, ob mit Überdruck oder Unterdruck gearbeitet wird entscheidet über die Eignung eines Schlauchs für einen bestimmten Einsatzzweck.
3) Sind Einflüsse aus der Umgebung zu beachten?
Schläuche für den Einsatz in Außenbereichen sind nicht nur der Witterung mit Temperaturschwankungen bis unter den Gefrierpunkt ausgesetzt, sondern auch der natürlichen UV-Strahlung und dem Ozongehalt der Luft. Nicht zu übersehen sind auch Schadstoffe aus Industrie- und Autoabgasen sowie aus Feuerungsanlagen.
Deshalb muss das gewählte Material nicht nur temperaturbeständig, sondern auch im hohen Maße witterungsbeständig sein.
4) Welche technischen Einzelheiten müssen vor dem Einsatz geklärt sein?
Prinzipiell gilt: Je mehr über die Anwendung und den Prozess, in den der Schlauch eingebunden werden soll, bekannt ist, desto passgenauer kann ein Schlauch ausgewählt werden. Dazu gehören neben der Kenntnis der chemischen Eigenschaften des Schlauchmaterials die technisch-mechanischen Parameter, wie Schlauch-Innen und Außendurchmesser, Kerbschlagfestigkeit, Shore-Härte und Flexibilität, und gegebenenfalls auch die elektrischen Eigenschaften, wie antistatische Ausrüstung und elektrische Durchschlagfestigkeit sowie optische Besonderheiten, wie Lichtdurchlässigkeit und Einfärbung.