Entwicklung eines selbst reparierenden Dichtungssystems
Projektleiter: Dr. Axel Nechwatal
Projektnummer: BMWi / ZIM - ZF4068927DN9
Laufzeit: 01.10.2019 bis 30.09.2021
Aufgabenstellung
Abwasser-Rohrsysteme werden häufig undicht, und meist fallen diese Lecks gar nicht auf, oder erst dann, wenn bereits beträchtlicher Schaden entstanden war. Zerstörungen am Rohr sind meist nicht die Ursache; Schuld sind vielmehr räumliche Verschiebungen von Rohrabschnitten – die Leckagen treten dann an den Verbindungen der Rohrabschnitte auf, also im Bereich der Dichtungen. Für diese Fälle wurden „selbstreparierende“ Dichtungskomponenten entwickelt: Solange die Dichtung trocken liegt, bleibt sie in ihrer ursprünglichen Form. Öffnet sich ein Spalt an der Nahtstelle der Rohre und tritt Wasser hinzu, so vergrößert sich dort das Volumen; dadurch wird Dichtungsmasse in den neuen Hohlraum gedrückt. Bei am Markt verfügbaren Produkten handelt es sich um Dichtungsmaterial in Form von Pasten oder Profilen, meist mit einem recht niedrigen Niveau bei den Materialeigenschaften. Weit besser wäre es jedoch, die gesamte Dichtung quellfähig auszurüsten. Da jedoch die geltenden Normen für Dichtungen ein hohes werkstoffliches Niveau erfordern, wurde im Projekt – zusammen mit dem Industriepartner GKT Fürstenwalde – versucht, die notwendigen Elastomerparameter mit einer reversiblen Quellbarkeit zu kombinieren.
Ergebnisse
Aufgabe des TITK war, ein (EPDM-)Elastomer zu entwickeln, das trotz Quellbarkeit ein hohes Niveau bei den werkstofflichen Parametern aufweist. Dabei zeigte sich, dass man die jeweils unvulkanisierten Elastomermischungen – je nach Rezeptur – auf eine fast beliebige Quellbarkeit bringen kann. Bei den vulkanisierten Mischungen steigt die Quellfähigkeit mit der Menge an SAP und an Fasern bzw. analogen Zusätzen an. Erwartungsgemäß fallen die werkstofflichen Kenngrößen bei Zugabe der für die Quellung notwendigen Agenzien ab. Diesem Rückgang der mechanischen Parameter durch die Quellagenzien lässt sich in begrenztem Maße über die Auswahl des Kautschuks und der Rezeptur gegensteuern. Analoge Untersuchungen liefen auch zu Dichtungen auf Basis TPE. Im Gegensatz zum Gummi quellen die betrachteten TPE bereits durch die bloße Präsenz von SAP; der Zusatz von Kurzschnitt bewirkt bereits bei niedrigerem SAP-Gehalt eine hohe Quellung. Hinsichtlich der werkstofflichen Parameter verhalten sich die TPE insgesamt jedoch robuster als die Gummitypen.
Im Ergebnis des Projekts standen Rezepturen sowohl für EPDM als auch für TPE, bei denen eine moderate Quellbarkeit mit weitgehend unveränderten sonstigen Eigenschaften in Einklang stehen.
Anwendung
Typische Anwendungen sind Kanäle für das Ableiten von Regen- und Abwasser. Dieses Netz umfasst über 500.000 km; mit hohem Sanierungsbedarf. Ein häufiger Schadensfall ist die Undichtheit an den Rohrverbindungen (durch Einbau, Beanspruchungen, Verstopfungen oder Wurzelwachstum). Auslaufende Abwässer können zu schweren ökologischen und gesundheitlichen Schäden führen. Einlaufende Abwässer verdünnen das Schmutzwasser und verschlechtern dadurch die Effizienz der Kläranlagen sowie die Situation bei Starkregen. Entsprechend steigt der Druck zur Sanierung der Kanalisation, aus ökologischer, aber auch aus politischer (Kläranlagen sind meist in kommunaler Hand) und juristischer Sicht (wegen einer Vielzahl an Wassergesetzen). Somit gibt es gibt einen riesigen, wachsenden Markt für Dichtungen von Abwasserkanälen, und zwar unabhängig vom konjunkturellen Verlauf, da Wasser/Abwasser immer hohe Priorität genießt.
