Feuerhemmende PVC-Rohre: Eine übersehene Marktchance

Dies ist kein Einzelfall. Die Nachfrage nach Flammschutzmitteln in der Rohrindustrie verschiebt sich von „nicht vorhanden“ zu „obligatorisch“, aber viele Formulierungsingenieure müssen noch aufholen.

Während in der Kabelindustrie häufig über Flammschutz diskutiert wird , ist dies in der Rohrindustrie selten der Fall. Diese Ungleichheit hat historische Wurzeln. Traditionell werden PVC-Rohre hauptsächlich für die Entwässerung, Abwasserentsorgung und landwirtschaftliche Bewässerung verwendet – Anwendungen, für die keine zwingenden Flammschutzanforderungen gelten. Allerdings umfasst der Geltungsbereich von GB 8624-2023, „Klassifizierung des Brandverhaltens von Baustoffen und Produkten“, jetzt Gebäuderohre – und die Klasse B1 (schwer entflammbar) wird de facto zu einer Zugangsvoraussetzung für Hochhäuser, U-Bahnen, Rechenzentren und andere derartige Anwendungen.

Flammhemmende Lösungen für Kabelmaterialien können nicht direkt auf Rohre aus Hart-PVC (UPVC) aufgetragen werden.

Hart-PVC-Rohre enthalten keine Weichmacher und sind nach der HCl-Entfernung anfälliger für Verkohlung als flexible PVC-Rohre. Reines UPVC hat einen Grenzsauerstoffindex von etwa 45 % und besitzt inhärente selbstverlöschende Eigenschaften. Wenn man sich jedoch ausschließlich auf die inhärenten flammhemmenden Eigenschaften des Grundmaterials verlässt, ist es schwierig, im SBI-Test gemäß GB 8624 dauerhaft eine B1-Bewertung zu erreichen.

Eine übliche mit Aluminiumhydroxid flammhemmende Formulierung erfordert die Zugabe von 30–40 Teilen (basierend auf 100 Teilen PVC-Harz), um den Schwellenwert der Klasse B1 zu erreichen, was zu drei Nebenwirkungen führt:

Erhöhte Dichte. Die Dichte von UPVC-Rohren ist von etwa 1,4 g/cm³ auf über 1,6 g/cm³ gestiegen, was bei Rohren gleicher Wandstärke zu einer Gewichtszunahme von etwa 14 % führt, was wiederum die Transport- und Installationskosten erhöht.

Die Schlagfestigkeit nimmt ab. Aluminiumhydroxidpartikel bilden Spannungskonzentrationspunkte in der PVC-Matrix, was zu einem deutlichen Anstieg der Ausfallrate beim Fallgewichtsschlagversuch (TIR) ​​bei 0 °C führt. In nördlichen Regionen kommt es bei Bau- oder Transportarbeiten im Winter häufig zu Rissen in Rohren.

Die Qualität der Extrusionsoberfläche verschlechtert sich. Ein hoher Füllstoffgehalt führt zum Bruch der Schmelze, was zu einem „Haifischhaut“-Effekt auf der Außenfläche des Rohrs führt, der die Integrität der abgedichteten Verbindungen beeinträchtigt.

Roter Phosphor ist als wirksamer als in Weich-PVC. Flammschutzmittel in Hart-PVC Denn Hart-PVC enthält keine Weichmacher; Nachdem HCl entfernt wurde, bildet es eine konjugierte Polyenstruktur, die sich weiter zu Holzkohle vernetzen kann – und die katalytische Phosphorsäurewirkung von rotem Phosphor verstärkt diesen Prozess.

In starren PVC-Rohrsystemen kann eine Formulierung aus 100 Teilen PVC (SG-5) + 3 Teilen CPE (Schlagzähmodifikator) + 1,5 Teilen ACR (Verarbeitungshilfsmittel) + 2 Teilen Ca/Zn-Stabilisator + 8 Teilen eingekapseltem roten Phosphor den Zündquellentest gemäß GB/T 8626 und den SBI-Test gemäß GB/T 20284 bestehen und Klasse B1 erreichen. Der FIGRA-Wert kann auf unter 100 W/s geregelt werden, und der THR600s liegt unter 6 MJ.

Da die Zugabemenge nur 8 Teile beträgt – weit weniger als die 30–40 Teile, die für Aluminiumhydroxid erforderlich sind – wird die Erhöhung der Rohrdichte innerhalb von 3 % gehalten. Sowohl die Ringsteifigkeit (SN8) als auch der Fallgewichtsstoß bei 0 °C (TIR ≤ 5 %) erfüllen die Anforderungen von GB/T 10002.1. Im Hinblick auf den Extrusionsprozess verteilt sich das beschichtete Mikropulver aus rotem Phosphor beim Trockenmischen des UPVC-Pulvers gleichmäßig und verstopft das Extrudersieb (40 Mesh) nicht, wobei Schmelzdruckschwankungen weniger als ±5 % betragen.

Die spezifischen Änderungen der Rohrleistung vor und nach der Zugabe von 8 Teilen rotem Phosphor sind ungefähr wie folgt: Die Ringsteifigkeit stieg gegenüber dem SN8-Standardwert (≥8 kN/m²) leicht an und der TIR-Wert für den Fallgewichts-Schlagtest sank von etwa 8–10 % (ohne Flammschutzmittel) auf unter 5 %. Der Strom des Hauptmotors des Extruders stieg um etwa 5–8 %, die Leistung verringerte sich um etwa 3–5 % und der Düsenreinigungszyklus verlängerte sich von etwa 72 Stunden auf etwa 48 Stunden. Diese Änderungen sind in der Produktion akzeptabel – die meisten Rohrhersteller sind bereit, im Austausch für eine Zertifizierung der Klasse B1 weniger als 10 % ihrer Prozesse anzupassen.

Drei aufkommende blinde Flecken:

Die Stellen, an denen Entwässerungssteigleitungen in Hochhäusern durch Bodenplatten verlaufen, sind kritische Verbindungsstellen für die Brandschutzabdichtung. Gewöhnliche UPVC-Abflussrohre erweichen und tropfen schnell, wenn sie Feuer ausgesetzt sind, wodurch ein vertikaler Kamineffekt entsteht. der Klasse B1 Flammhemmende UPVC-Rohre erlöschen selbst, sobald die Flamme entfernt wird, wodurch Zeit für die Brandschutzschicht gewonnen wird.

GB 51298-2018, „Fire Protection Design Standards for Subways“, legt klare Anforderungen an das Brandverhalten von Materialien fest, die in Tunneln verwendet werden. Werden doppelwandige Wellrohre aus PVC für die Tunnelentwässerung eingesetzt, müssen diese mindestens der Klasse B1 entsprechen.

Die detaillierten Brandschutzanforderungen von GB 50174 für Gebäudekomponenten von Rechenzentren beseitigen den seit langem bestehenden blinden Fleck in Bezug auf Kondensatrohre von Klimaanlagen, die zuvor von Brandschutzprüfungen ausgeschlossen waren. Rechenzentren sind extrem anfällig für Brände; Wenn freiliegende Kondensatrohre zu Wegen für die Brandausbreitung werden, wären die Folgen unvorstellbar.

Exportmöglichkeiten: Differenzierung in der südostasiatischen Infrastruktur

Der südostasiatische Markt (Vietnam, Indonesien, Thailand) durchläuft derzeit einen umfassenden Infrastrukturentwicklungszyklus, der zu einer starken Nachfrage nach Kunststoffrohren führt. Der lokale Markt wird jedoch von Standard-PVC-Rohren dominiert und es gibt praktisch keinen Markt für flammhemmende Rohre. Die von TISI (Thailand), SNI (Indonesien) und QCVN (Vietnam) festgelegten Prüfmethoden für die Flammhemmung von Rohren entsprechen im Allgemeinen den IEC- oder GB-Standards. Für einige Projekte werden inländische Prüfberichte der Klasse B1 akzeptiert, es wird jedoch empfohlen, spezifische Anforderungen vorab mit den Kunden abzustimmen.

Für exportorientierte Rohrhersteller bieten flammhemmende UPVC-Rohre der Klasse B1 eine wirksame Möglichkeit, der Billigpreiskonkurrenz zu entgehen. Der Preisunterschied zwischen Standard-UPVC-Abflussrohren und flammhemmenden Rohren der Klasse B1 kann 15–20 % betragen. Das pastenförmige Flammschutzmittel aus rotem Phosphorkomposit von Yinsu eignet sich für flexible Produktionslinien mit kleinen bis mittleren Chargen und häufigen Produktwechseln, sodass keine zusätzlichen Investitionen in Pulverdosiergeräte erforderlich sind.

Der Marktanteil von 55 % bei PVC-Rohrleitungen ist das Ergebnis der Beibehaltung des Status quo, während die Umstellung auf flammhemmende Produkte eine Chance bietet, sich von der Konkurrenz abzuheben. Wer als Erster eine B1-Rezeptur für Rohre entwickelt, erhält in der nächsten Projektausschreibungsrunde technische Bonuspunkte.