Alterung von Kunststoffen Kabel altern schneller unter UVC-Strahlung

Autor / Redakteur: Frank Hörtnagl * / Kristin Rinortner

Eine Studie zeigt, dass UVC-Strahlung verschiedene Kabel-Kunststoffe schädigt. Für die Hersteller und Nutzer von UVC-Desinfektionsgeräten heißt das: Sie müssen ihre Kabel sehr sorgfältig auswählen.

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Lebensdauertest von Kabeln: UVC-Strahlung lässt Kabel schnell altern.
Lebensdauertest von Kabeln: UVC-Strahlung lässt Kabel schnell altern.
(Bild: Lapp)

Sie gelten als Hoffnungsträger für einen geregelten Unterricht in Corona-Zeiten: Luftreiniger mit UVC-Technologie. Sie arbeiten mit ultravioletter Strahlung besonders kurzer Wellenlänge von 280 bis 100 Nanometer, die das Erbgut von Viren, Bakterien und Schimmelsporen zerstört.

Die Industrie setzt sie ein, um Produkte oder Oberflächen ohne Chemikalien zu desinfizieren, etwa in der Trinkwasseraufbereitung oder in der Lebensmittelindustrie. Neuerdings vermehrt auch in Luftreinigern oder UVC-Reinigungsrobotern, die Corona-Viren eliminieren.

Ganz ungefährlich ist das Desinfizieren per künstlich erzeugtem Licht allerdings nicht. Die kurzwellige UVC-Strahlung ist gesundheitsschädlich für Augen, Haut sowie Erbsubstanz. Die natürliche UVC-Strahlung, die von der Sonne kommt, wird von der Atmos­phäre geblockt.

Aber wie ist das mit Förderbändern, Handläufen von Rolltreppen, Fitnessstudio-Equipment, Zugwaggons, Kinos, Gaststätten, Lagerhallen, öffentlichen Wartebereichen, Aufzügen oder Büro-Räumen, die jetzt künstlich bestrahlt werden? Die Anwender fragen sich, ob vor allem Kunststoffe der Behandlung mit der energiereichen Strahlung widerstehen.

Seit Ende 2020 verzeichnet Lapp vermehrt Anfragen zur Haltbarkeit von Kabeln und Leitungen unter UVC-Strahlung. Die Experten aus Stuttgart mussten zunächst passen: Über die Wirkung von UVC vor allem auf Kunststoffe in Leitungsmänteln ist erstaunlich wenig bekannt.

Das hat mehrere Gründe: Zum einen gab es bisher keinen Bedarf auf dem Markt nach Produktlösungen, die speziell für UVC-Strahlung ausgelegt sind. Stattdessen haben Anwender Leitungsprodukte geordert, die zumindest nach ISO 4892 UV-beständig sind. Diese Bewitterungsprüfung testet aber nur auf UVA- und UVB-Strahlung, wie sie unter freiem Himmel vorkommt.

Ob diese Prüfung auch belastbare Aussagen für die energiereichere UVC-Strahlung liefert, wurde nicht nachgefragt und konnte mangels Erfahrung auch nicht bestätigt werden.

Gibt es standardisierte Alterungstests für Kabel?

Zum anderen gibt es bisher keinen brauchbaren standardisierten Test, der die Alterung von Kabeln und Leitungen unter UVC-Strahlung prüft. Ebenso gab es bis vor Kurzem auf dem Markt so gut wie keine geeigneten Prüfgeräte, die die gewünschten Testanforderungen zufriedenstellend simulieren konnten. Bezüglich der Wirkungen von UVC-Strahlung auf die Alterung von Isolier- und Mantelkunststoffen tappte man also ziemlich im Dunkeln.

Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, wurde das Projekt ULTRAFOS-C 254 gestartet. Die Zahl steht dabei für die Wellenlänge, mit der Desinfektionsgeräte üblicherweise arbeiten.

UVC-Strahlung mit 254 nm tötet Keime am besten ab. Mangels standardisierter Prüfnorm hat das Labor eine Prüfprozedur entwickelt, bei der Kabel- und Leitungswerkstoffe über mehrere Wochen UVC-Strahlung dieser Wellenlänge und mit hoher Intensität ausgesetzt werden. Es zeigte sich, dass man die Resultate der bisher marktüblichen UV-Prüfungen nach ISO 4892 nicht auf UVC-Anwendungen übertragen kann.

Testergebnisse UVC-Strahlung: Viele Mantelwerkstoffe sind ungeeignet

Geprüft wurden 200 Probekörper von verschiedenen ÖLFLEX-Standardleitungen mit unterschiedlichen Mantelmaterialien: PVC, PUR, TPE ROBUST, elektronenstrahlvernetzte Compounds sowie halogenfreie Mischungen, jeweils unterschiedlicher Farben.

Nach mehreren Wochen intensiver Bestrahlung wurden in einem Zugprüfgerät die Reißfestigkeit und die Dehnungswerte bestimmt sowie unterschiedliche analytische Messungen mit Hilfe von Röntgenfluoreszenz- und IR-Spektrometrie an den Materialien durchgeführt.

Bei fast allen Prüflingen kam es zu erheblichen Veränderungen sowohl optisch durch starke Farb- und Oberflächenabweichungen als auch bei den mechanischen Eigenschaften. Manche dünsteten Weichmacher aus oder Additive für den Flammschutz, einige rochen unangenehm, viele wurden spröde und brachen beim Biegen. Selbst Kabel mit strahlenvernetztem Mantel, die unter anderem auch für eine hohe UV-Beständigkeit entwickelt wurden, schnitten bei der Prüfung nicht gut ab.

Bild 1: Bei fast allen Kabeln kam es zu erheblichen Veränderungen beim Kabeltest sowohl optisch durch starke Farb- und Oberflächenabweichungen als auch bei den mechanischen Eigenschaften. 
Alle Kabeltypen aus der ROBUST-Serie haben den Test bestanden.
Bild 1: Bei fast allen Kabeln kam es zu erheblichen Veränderungen beim Kabeltest sowohl optisch durch starke Farb- und Oberflächenabweichungen als auch bei den mechanischen Eigenschaften. 
Alle Kabeltypen aus der ROBUST-Serie haben den Test bestanden.
(Bild: Lapp)

Die gute Nachricht: Sämtliche Kabeltypen aus der ROBUST-Serie haben den Test bestanden. Unter diesem Namen fasst das Unternehmen Leitungsprodukte aus den Bereichen ÖLFLEX, UNITRONIC und ETHERLINE zusammen, die sich besonders für den Kontakt mit Bioölen eignen.

Entwickelt wurde das Mantelmaterial ursprünglich vor 25 Jahren, nachdem in den 1990er Jahren der Gesetzgeber vermehrt den Ersatz von Mineralölen durch umweltverträglichere Bioöle forciert hat. Auch damals dachte man, dass Kunststoffe, die Mineralöle aushalten, auch gegen Bioöle immun sind.

Die richtigen Additive

Das war ein Irrtum. Ähnlich verhält es sich nun auch bei desinfizierender UVC-Strahlung im Vergleich zu UVA- bzw. UVB-Strahlung. Das Material bei ROBUST ist durch seinen molekularen Aufbau und durch Additive so ausgelegt, dass ihm Bioöle und auch UVC-Strahlen nichts anhaben können. ROBUST-Kabel gibt es heute in vielen Varianten für Anschluss- und Steuerleitungen sowie Datenleitungen.

Für Kunden, die Leitungslösungen für Anwendungen mit UVC-Strahlung benötigen, besteht erst einmal kein dringender Handlungsbedarf. Sie können mit der ROBUST-Serie viele ihrer Einsatzanforderungen abdecken. Damit profitierten Anwender von längeren Wartungsintervallen und können Produkte für höhere Hygieneanforderungen herstellen.

Das Produktmanagement arbeitet mit den Experten aus dem Labor in Stuttgart an Strategien, wie man weitere Produkte aus dem Portfolio UVC-tauglich machen kann. Dazu braucht es zunächst einen sinnvollen Prüfprozess. Der Test beim Kabelspezialisten aus Stuttgart wurde wie gesagt selbst entwickelt, er folgt keiner Prüfnorm. Deshalb ist es zunächst wichtig, dass überhaupt ein Prüfverfahren vorhanden ist, das vergleichende Tests ermöglicht.

Der Unterschied zwischen UVA/UVB und UVC ist größer als gedacht

Der Stuttgarter Verbindungstechnikspezialist ist damit Vorreiter und wird mit dazu beitragen, einen allgemeingültigen Prüfstandard zu entwickeln. Dann aber nicht nur für Kabel, denn Lapp stellt viele weitere Produkte wie Steckverbinder, Kabelverschraubungen, Schutzschläuche und Führungssysteme oder Kabelmarkierungen her, die möglicherweise ebenfalls von UVC-Strahlung in Mitleidenschaft gezogen werden könnten.

Eines ist schon jetzt klar: Der Unterschied zwischen UVA/UVB und UVC ist größer als gedacht – es ist mehr als nur ein weiterer Buchstabe im ABC.

* Frank Hörtnagl ist Produktmanager ÖLFLEX bei Lapp in Stuttgart.

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