1. Allgemeines

PVDF ist ein thermoplastischer Konstruktionswerkstoff mit den für Thermoplasten typischen Eigenschaften wie Extrudierbarkeit, Schweißbarkeit und Warmformbarkeit.

Als Fluorkunststoff hat PVDF eine außerordentlich gute chemische Widerstandsfähigkeit und ist über einen weiten Temperaturbereich einsetzbar.

Gegenüber anderen Fluorkunststoffen bietet PVDF in vielen Anwendungsfällen Vorteile durch seine leichte Verarbeitbarkeit, seine hohen mechanischen Eigenschaftswerte, sein niedriges spezifisches Gewicht und die sich daraus ergebenden Kostenersparnisse.

1.1 Unterscheidungsmerkmale

PVDF steht (chemisch gesehen) zwischen PE-HD und PTFE. Damit wird die Verwandtschaft deutlich zum PE-HD mit seiner einfachen Bearbeitbarkeit und zum PTFE mit seiner hohen chemischen Widerstandsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen.

Die Polymerisation erfolgt unter hohem Druck und in wäßrigem Medium. Eine Abspaltung von toxischem Fluorwasserstoff ist aus dem gebildeten Polymerers. Das Monomere des PVDF ist ein farbloses Gas, dessen Siedepunkt bei -85,7 °C liegt (bei Normaldruck)ist bei einer Temperatur größer 350 °C möglich.

PVDF zählt zu den hochkristallinen thermoplastischen Kunststoffen. Die kristalline Form des Polymers enthält keine y-Modifikation und keinen bzw. einen sehr geringen Anteil der ß-Modifikation.Praktisch besteht das Polymer aus kristallinen Anteilen der a-Modifikation und aus amorphen Anteilen.

Im Gegensatz zu vielen anderen thermoplastischen Kunststoffen werden beim PVDF keine Additive, Stabilisatoren und Farbpigmente zugegeben.

1.2 Einsatzbeispiele

Der Einsatz von PVDF empfiehlt sich bei hoher Anforderung an die Temperaturbelastbar­keit und/oder chemische Widerstandsfähigkeit.

Chemische Industrie

Lebensmittelindustrie

Nuklear-lndustrie

Behälter- und Apparatebau

Galvanoindustrie

Textil- und Papierindustrie

Elektro- und Halbleiterindustrie

Umweltschutz

2. Lieferprogramm

3. Technische Informationen

3.1 Werkstoffkennung

3.2 Brandverhalten

PVDF ist schwerentflammbar und selbstverlöschend nach Entfernen

der Zündquelle. Die Zersetzungstemperatur von PVDF liegt

bei ca.350°C. Bei 450 °C ist die Rauchentwicklung minimal

und bei 600 °C als schwach zu bezeichnen.

Der Sauerstoffindex beträgt 78 % nach ASTM D 2863.

Diese Zahl gibt die Mindestsauerstoffkonzentration

in der Verbrennungsatmosphäre an, die für eine

Verbrennung notwendig ist. PVDF ist praktisch in

normaler Umgebung nicht entflammbar. Zum Vergleich

die Sauerstoffindizes einiger anderer Thermoplaste:

PP       7,5%

PE-HD   18,0%

PMMA    18,0%

PPs     28,0 %

PVC-U   40,0 %

Bei Index-Werten unter 20,8 % ist eine Entzündung

und ein Weiterbrennen von Werkstof­fen in Luft

nach Entfernen der Zündquelle möglich.

Die Prüfung nach DIN 4102 ergibt aufgrund des

hohen Sauerstoffindexes von 78 % die Aussage

"schwerentflammbar Klasse B 1", ein Prüfzeugnis

wurde jedoch nicht beantragt.

Die Prüfung nach UL 94 (Underwriters Laboratories)

an einer 0,8 mm Probe ergab den bestmöglichen

Einstufungswert "V O". Es wurde keinerlei

Flammenbildung beobachtet. PVDF bleibt konsistent

und fließt nicht. Die Einstufung nach ASTM D 635-68

am 3 mm dicken Prüfling erfolgte als

"non burning" (nicht entflammbar).

Nach der französischen Norm

(Centre Scientifique & TechniqueDu Batiment,Paris)

kann der Werkstoff in "M 1"

(difficilement inflammable =schwerentflammbar )eingestuft werden.

3.3 Verhalten im Außeneinsatz, Langzeitverhalten

PVDF zeichnet sich durch seine außergewöhnliche

Alterungsbeständigkeit in der Luftatmosphäre aus,

die sich auf die Unempfindlichkeit gegenüber

Sonnenlicht bzw. UV-Strahleneinwirkung und

auf seine Chemikalienbeständigkeit zurückführen läßt.

Fünfjährige Freibewitterungsversuche ergaben

nur geringfügige bzw. keine Veränderung

der mechanischen Eigenschaften.

Die Alterungsbeständigkeit in der Wärme wurde

durch Lagerung in Wasser bei 100 °C überprüft.

Nach mehreren tausend Stunden Prüfzeit konnte

keine Veränderung der Kennwerte festgestellt werden.

3.4 Verhalten gegen ionisierende Strahlung

Die Auswirkungen von Gammastrahlen sind hier

bedeutend geringer als bei vielen anderen Halogenpolymeren

(z. B. PTFE oder PCTFE).Diese Tatsache macht PVDF

zu einem geeigneten Werkstoff für die Anwendung

in der Nuklear-lndustrie.

PVDF kann ohne wesentliche Veränderung,

abgesehen von einer Erhöhung der Streckspannung

und einer verminderten Bruchdehnung, einer

Strahlendosis von 20 x 10" J/kg (10⁴ J/kg= 10"Gy=1 Mrad)standhalten.

Eine weitere Steigerung

der Festigkeit wird bis zu 40x10''J/kg beobachtet.

Erhöht man die Strahlendosis bis 100 x 10" J/kg,

lassen sich zwei Auswirkungen feststellen:

Abbau und Vernetzung, die zu einer relativen

Stabilität der mechanischen Eigenschaften führen.

Dies kann den Beginn einer Braunfärbung

des Halbzeuges bewirken, die sich

ab 100 x 10⁴ J/kg bedeutend steigert.

Oberhalb dieses Wertes wird ein

progressiver und schnellerer Abbau beobachtet.

Diese Angaben beziehen sich auf reine

Strahlenbelastung ohne Medieneinfluß.

3.5 Optische Eigenschaften

Je nach Wanddicke ist PVDF mehr oder

weniger durchscheinend. Der Brechungsindex beträgt 1,42.

3.6 Physiologische Unbedenklichkeit

PVDF ist unschädlich und nicht toxisch.

In den USA wurde es für den Kontakt mit Lebensmitteln

von der Food and Drug Administration

(Code of föderal regulations title 21, chapter1, part177.2510)

zugelassen. Es ist geschmacksfrei und

geruchlos bis zur Verwendungsgrenztemperatur

bei 140 °C. Gegen eine Berührung von Lebensmitteln

mit PVDF bestehen keine Bedenken. Der Werkstoff

dient Mikroorganismen nicht als Nährboden und wird

von diesen auch nicht angegriffen.

3.7 Chemische Widerstandsfähigkeit

PVDF ist gegen die meisten anorganischen Chemikalien,

wie z. B. Säuren und Salze ? auch in hohen

Konzentrationen und bei hohen Temperaturen ? beständig.

Die Widerstandsfähigkeit von PVDF gegen aliphatische

und aromatische Kohlen­wasserstoffe, organische Säuren,

Alkohole und Aromaten ist ausgezeichnet.

Manche Ketone, heiße Alkalien (konzentrationsabhängig),

rauchende Schwefelsäure, Amine sowie

Pyridingreifen PVDF an. Dimethylformamid und

Dimethylacetamid lösen PVDF.

Der sehr umfangreiche Katalog

"Chemische Widerstandsfähigkeit" enthält auf

Ihre Fragen detaillierte Angaben. In Zweifelsfällen

gibt ein Versuch unter Praxisbedin­gungen am

sichersten Aufschluß über die Eignung des Werkstoffes,

insbesondere im Grenzbereich der Anwendungsmöglichkeit.

Wir führen gerne für Sie einen Einlagerungsversuch

(mit ca. 3 l des zu testenden Mediums, incl. Sicherheitsdatenblatt) durch. Bitte setzen Sie sich mit unserer

Anwendungstechnischen Abteilung in Verbindung.

3.8 Flüssigkeitsdurchlässigkeit

Geringe Durchlässigkeit wurde bei aliphatischen

und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Perchlorethylen

und Trichlorethylen ermittelt.

Meßtechnisch gesehen ist der Ablauf der Permeation

quantitativ sehr schwer zu erfassen, zumal kein

proportionales Verhalten zu Temperatur und Affinität

(Wechselwir­kung zwischen Fremd- und Kunststoffmolekülen)

besteht. Die in der Literatur verfügba­ren Richtwerte

beziehen sich auf den Folienbereich (z. B. s = 0,05 mm).

Eine Linearität zu großen Wanddicken ist grundsätzlich

nicht vorhanden. Aus diesem Grund werden

Schwerpunktmessungen für bestimmte Wanddicken

in definierten Medienkonzentratio­nen durchgeführt.

Das Ergebnis dieser Untersuchungen kann jedoch

nicht auf andere Medienkonzentrationen und

Betriebsbedingungen übertragen werden.

3.9 Gasdurchlässigkeit

PVDF ist in den Halbzeugdicken praktisch undurchlässig

für Gase mit kleinen Molekülen wie Stickstoff,

Sauerstoff und Kohlendioxid.

Die Durchlässigkeit von PVDF wird vom

Kristallinitätsgrad und der Modifikation der

kristallinen Anteile beeinflußt.

Die Permeation ist besonders bei Verbundkonstruktionen

mit Duroplasten zu beachten. So kann z. B. Wasserdampf

bei höheren Temperaturen bei gleichzeitiger Einwirkung

einer chemischen Agenz zu Ablöseerscheinungen führen.

Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der

Duroplast eine geringere Durchlässigkeit als der

Thermoplast aufweist.

Dies gilt insbesondere auch für Stahlbehälter-Auskleidungen,

wo bei Temperaturen oberhalb von 90 °C und bei Einsatz

von wäßrigen Medien eine verstärkte Wasserdampf-permeation

zu beobachten ist.

Wir bitten Sie deshalb, bei kritischen Anwendungsfällen

Rücksprache mit der Anwen­dungstechnischen Abteilung zu nehmen.

Die folgende Tabelle enthält Richtwerte von

ausgewählten Medien, gemessen an PVDF in Foliendicke.

Eine Übertragung auf größere Wanddicken ist nicht

ohne weiteres zulässig.

4. Verarbeitung

Unter den in dieser Produktinformation angegebenen Bedingungen ist die Verarbeitung von PVDF völlig ungefährlich. Umfangreiche Messungen am Schweißplatz haben den eindeutigen Beweis erbracht, daß keine meßbaren Schadstoffkonzentrationen auftreten. Durch Verarbeitungsfehler oder Betriebsstörungen könnte jedoch die Werkstofftemperatur die kritische Grenze von 350 °C überschreiten. Dies kann zur Entstehung von Fluorwasserstoff und/oder verwandter Fluorverbindungen führen.

Um dies auszuschließen, bitten wir, folgende Regeln zu beachten:

1. PVDF nicht der Einwirkung offener Flammen aussetzen.

2.In Bereichen nicht rauchen, in denen eine Anreicherung von PVDF-Staub zu vermuten ist.

3.Beim Schweißen die empfohlenen Luft- und Werkzeugtemperaturen beachten; dadurch wird ein Überschreiten der kritischen Temperatur von 350 °C vermieden.

Für weitere Informationen über die Verarbeitung von PVDF empfehlen wir die Produktin­formationen:

.   Schweißen

.   Verbundbau

.   Vakuumformen, Warmformen, Biegen

.   Spangebende Bearbeitung

4.1 Spangebende Bearbeitung

4.2 Schweißen

Kunststoffschweißen ist das Verbinden von thermoplastischen Kunststoffen unter An­wendung von Wärme und Druck mit oder ohne Verwendung von Schweißzusatz.

PVDF kann mit den in der Kunststoffverarbeitung bekannten Schweißverfahren und den entsprechenden Maschinen und Geräten verschweißt werden.

Umfassendere Angaben zu den folgenden Tabellen können Sie unserer Produktinformation "Schweißen" entnehmen.

Extrusionsschweißen

Für das Extrusionsschweißen von PVDF sind Spezialschnecken zu verwenden.

Ultraschall- und Hochfrequenzschweißen (Fernfeldschweißung)

Bei der Ultraschallschweißung sind Riefen als Schallrichtungsgeber vorzusehen. Die HF-Schweißung ist bei einer Plattenstärke von 2 mm mit vorgewärmten Elektroden möglich. Da die auf dem Markt erhältlichen Maschinen z. T. starke Unterschiede aufweisen, ist es zweckmäßig, die erforderlichen Einstelldaten durch Vorversuche zu bestimmen.

Schweißnahtgüte

Die im technologischen Biegeversuch und dem Zugversuch ermittelten Schweißfaktoren geben Auskunft über die Qualität einer Schweißnaht. Die Kurzzeitfaktoren gelten für Belastungszeiten bis zu einer Stunde. Für die Bauteilberechnung sind somit nur die Langzeitfaktoren zu verwenden.

Prüfung der Schweißnähte mittels Hochspannungs-Funken-Prüfung

Die Dichtheit von Schweißnähten kann mit einem Hochspannungsgenerator (Funkenin­duktor) - verstellbar von 10 bis 55 KV Maximalspannung, Frequenzen von 20 bis 40 KHz - geprüft werden. Schwachstellen in der Naht werden durch Funkenbildung oder, je nach Gerätetyp, durch ein akustisches Signal aufgezeigt. Für PVDF wird eine Probe­spannung von 5 KV pro mm Plattendicke angelegt, sie darf 25 KV nicht überschreiten,

4.3 Warmverformen

Es ist das Erwärmen auf der Tiefziehmaschine und das Verstrecken durch Vakuum vom Erwärmen im Ofen und Verformen mittels Stempel und Matrize bzw. Blasen mit Über­druck zu unterscheiden.

Vakuumformen

Geeignet sind alle entsprechenden Maschinentypen. Bei Platten ab 3 mm Wanddicke empfiehlt sich ein beidseitigesBeheizen, um kürzere Anwärmzeiten - 40 bis 60 s/mm Wanddicke - zu erzielen. Maschinen mit starker Heizleistung erfordern zur besseren Durchwärmung bei Plattendicken ab 6 mm reduzierte Heizleistung oder Intervallbeheizung.

Um eine bis an die Einspannung reichende Plastifizierungzu erreichen, ist das Abschirmen der Platte gegen Zugluft notwendig. Zur Vermeidung ungleichmäßiger Erwärmung ist Unterstützung mit Stützluft während des Anwärmens empfehlenswert. Das naturfar-bene PVDF wird bei Erreichen der Verformungstemperatur (oberhalb des Kristallitschmelzbereiches) transparent.

Vorstrecken der Platte vor dem Verformen ergibt eine gleichmäßige Wanddickenverteilung. Die wird besonders beim Positivformen erreicht. Nach dem Vakuumformen und Erstarren der Oberfläche kann Luft (auch mit Wasserzusatz) zur weiteren Abkühlung eingesetzt werden. Hohe Verformungstemperatur, langsame Abkühlgeschwindigkeit und niedrige Entformungstemperatur (ca. 40 °C) sowie ein unmittelbar darauffolgender Randbeschnitt ergeben Teile mit geringem Verzug. Je nach Formgestaltung und Verarbeitungsbedingungen beträgt der Schwund (Differenz Formteil- zu Werkzeugmaß) etwa 1 bis 3 %, vornehmlich in Extrusionsrichtung der Platte.

Druckformen

Die bevorzugt im Rahmen eingespannte Platte wird im Warmluftofen auf etwa 175 °C erwärmt. Um eine kurze Verweilzeit - 3 bis 4 min/mm - zu erreichen, empfiehlt sich ein Ofen mit Umluft und Temperaturen um 200 °C. Die Zeit zwischen Entnahme der Platte aus dem Ofen und Verformen sollte gering gehalten werden. Beim Blasen ist die Verwendung von vorgewärmter Luft vorteilhaft.

Auf diese Weise werden stretchkaschierte PVDF-Plattenzu Klöpperböden und anderen Teilen mit einem geringen Streckverhältnis verarbeitet. Verstreckverhältnisse bei Stretch bis max.1:1,4 sind erreichbar. Stretchkaschierte Tafeln dürfen nur einseitig beheizt werden, wenn Strahler verwendet werden.

Das Stretchgewebe ist zwar dreidimensional verstreckbar, aber die Wanddickenvertei­lung kann aufgrund der unterschiedlichen Oberflächentemperatur nicht so gleichmäßig sein wie bei unkaschierten Platten.

Werkzeuge

Für den Werkzeugbau kann Holz, Aluminium und Polyester- bzw. Epoxidharz verwendet werden. Hohe Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes bzw. gekühlte Formen erhöhen die Wirtschaftlichkeit und ergeben gleichmäßigere Verformungsbedingungen.

Die Kantenradien sollten etwa 2 bis 3 x Plattendicke betragen. Eine Konizität von 5 bis 10° bei Positivformen und die Verwendung von Trennmitteln erleichtern das Entformen. Um den Raum zwischen Platte und Werkzeug zu evakuieren, sind Bohrungen < 1 mm notwendig. Sandgestrahlte oder rauhe Werkzeugoberflächen erleichtern den Vorgang und ergeben glatte Oberflächen.

4.4 Verbund mit Duroplasten

PVDF ist ohne Haftvermittler nicht mit Harzen zu laminieren.Aus dem Lieferprogrammempfehlen wir den Einsatz von Platten mit Stretchkaschierung bzw. von Rohren mit chemisch vorbehandelter Oberfläche.

Mit dem in der Platte bzw. auf dem Rohr fest verankerten Haftvermittler ist eine hohe Festigkeit zum Polyester- bzw. Epoxidharz zu erreichen. Bei Verwendung von stretchka­schierten Tafeln muß der erste Harzauftrag die Kaschierung vollkommen durchtränken.

Unsere Erfahrung hat gezeigt, daß die Harzqualität einen großen Einfluß auf die Stirnzugfestigkeit besitzt. Die in der Tabelle genannten Richtwerte wurden bei Palatal A 410 ermittelt. Bei Anwendungstemperaturen oberhalb 80 °C empfiehlt sich der Einsatz von Polyesterharzen mit hoher Temperaturbeständigkeit bzw. Epoxidharz.

Das chemisch vorbehandelte PVDF-Rohr weist anstelle der organischen Kaschierung (PVDF-SK)nur anorganische Substanzen auf, die sich aufgrund des erhöhten Anforde­rungsprofils bei Einsätzen mit PVDF (erhöhte Temperatur, sehr aggressive Medien) vorteilhaft auf die Haftfestigkeit des Verbundes auswirken (siehe nachfolgende Tabelle Stirnzugfestigkeit).

Die nach einem patentierten Verfahren (Patentinhaber ATOCHEM,Paris) an der Ober­fläche behandelten Rohre erlauben die Laminierungohne weitere Vorbereitung. Die nach DIN16964 Teil 3 geforderte Scherfestigkeit von 5 N/mm² wird weit überschritten. Durch spannungsarme Herstellung und

thermische Nachbehandlung der PVDF-Rohre wird der Verbund nicht durch zusätzliche Spannungen (Schrumpfung bei hohen Temperaturen) belastet.

Als Richtwert kann PVDF in Verbundsystemen bis ca. 100 °C eingesetzt werden. Diese Temperaturobergrenze kann jedoch nicht für jedes System gelten, sondern muß von Fall zu Fall (Temperaturintervalle, Geometrien) entschieden werden.

Bei Druckrohren und Linerrohren ohne Vorbehandlung ist für den Harzauftrag das Einschmelzen eines grobmaschigen Gewebes durch den Verarbeiter notwendig.