Blednutí plášťů kabelů použitých ve venkovní instalaci
Možná jste se již také někdy setkali s problémem, kdy kabel instalovaný ve venkovním prostředí po nějakém čase vybledne anebo hůř, jemně popraská povrch vnějšího pláště.
Tento jev je spojován s působením vnějších vlivů na materiál pláště kabelu, jako je teplota, vlhkost, vzdušný kyslík, ozón, oxidy síry a dusíku, prašný spad, ionizující záření, sluneční záření (respektive UV záření), mechanická síla a mikroorganismy. Dochází-li ke znehodnocení plastů při venkovních aplikacích kombinovaným působením slunečního ultrafialového záření, kyslíku a vzdušné vlhkosti, mluvíme o atmosférickém stárnutí.
Během života plastů dochází k neúmyslné, ale nevratné změně jejich struktury a vlastností vlivem času a vnějších podmínek. Tyto změny bývají označovány jako stárnutí, degradace či znehodnocování. Význam těchto pojmů se do určité míry překrývá, ale není úplně totožný. Termín stárnutí zdůrazňuje časový faktor, přičemž nemusí nutně docházet ke zhoršování vlastností. Degradace v úzkém slova smyslu označuje změnu struktury a vlastností polymerů způsobenou rozkladnými reakcemi polymerů. Pojmem znehodnocování se chápe především zhoršování užitných vlastností působením různých agresivních chemických činidel. Pro jednotnost je vhodné se přidržet termínu degradace.
Degradace vnějšími vlivy
Studium změn, k nimž v polymerech účinkem vnějšího prostředí dochází, ukázalo, že převážnou podstatou všech degradačních pochodů jsou chemické reakce. V laboratorních podmínkách se degradace často hodnotí podle absorpce kyslíku v kapalné fázi, tedy v roztoku či tavenině. To umožňuje chemické změny v polymeru kvantitativně popsat. Údaje o degradaci v kapalné fázi však nelze jednoduše rozšířit na chování polymeru v provozní praxi, kdy je materiál v tuhém stavu. Na rozdíl od kapalného stavu je degradace v pevných polymerech zřetelně heterogenní nebo i anizotropní, tj. vlivy vnějšího prostředí působí na předměty vždy z povrchu a velmi často zejména z jedné strany. Při působení prostředí tak vznikají teplotní a koncentrační gradienty. Materiál se mění nejprve v povrchové vrstvě a teprve později ve větších hloubkách. Heterogenita degradace pramení také z přítomnosti vad, chemických příměsí, světlocitlivých nečistot, koncentrátorů napětí, specifické nadmolekulární struktury i případné orientace. Chemické reakce degradačních pochodů jsou výsledkem různých způsobů iniciace. Nejškodlivější jsou řetězové reakce, k nimž patří zejména autooxidace, probíhající při tepelné, fotochemické, mechanické či chemické degradaci a depolymerace při čistě tepelné degradaci.
Prakticky všechny polymerní materiály, jak syntetické, tak přírodní, podléhají na vzduchu samovolným oxidačním reakcím, které někdy označujeme též jako autooxidace. Právě pro tuto náchylnost k oxidačně-degradačním reakcím získaly polymery v padesátých a šedesátých letech pověst málo spolehlivých materiálů. Dnes se, zejména díky vývoji v oblasti syntézy a stabilizace, polymery úspěšně rozšiřují do nových aplikačních oblastí a klade se zvýšený důraz na jejich spolehlivost a dlouhou životnost. Charakteristickým rysem autooxidačních řetězových reakcí je jejich samovolný průběh. Jinými slovy to znamená, že během iniciace vzniknou takové produkty, které jsou schopny další samovolné reakce s nezasaženými molekulami. Škodlivost takových řetězových reakcí spočívá v tom, že jediný iniciační krok nastartuje nespočetné opakování znehodnocovacího procesu zrychlujícího se s časem exponenciálně. I nízký rozsah degradace může způsobit významné změny fyzikálních vlastností.
Typické vnější projevy postupné oxidace polymerních výrobků v průběhu jejich užívání závisí na daném typu polymeru a podmínkách jeho použití. Na jedné straně se projevy oxidace týkají vzhledu a estetických rysů, např. žloutnutí až hnědnutí, objevování skvrn, ztráty lesku či průhlednosti polymeru, křídovatění a vzniku povrchových trhlin. Na druhé straně, více či méně simultánně, dochází ke ztrátě mechanických vlastností, jako např. houževnatosti, tažnosti nebo pevnosti.
Pro lepší představu, chemismus autooxidace je následující: vznik volného radikálu (iniciace)—–reakce volného radikálu s kyslíkem (propagace)—–přenos řetězce, vznik hydroperoxidu——opakující se reakce volného radikálu s kyslíkem.
Termooxidační degradace PP (polypropylenu) probíhá již za mírně zvýšených teplot tak rychle, že doba života polymerního výrobku je kratší než jeden rok. Totéž platí i o venkovním použití polyolefinů, kde PP i PE (polyetylen) naprosto zdegraduje za dobu kratší než jeden rok. Polyolefiny je možné použít pro zmíněné účely pouze díky vhodné stabilizaci. Tou lze potlačit, omezit nebo alespoň oddálit nežádoucí projevy oxidativní degradace polyolefinů a ostatních zmiňovaných polymerů při jejich zpracování a následném atmosférickém stárnutí. Zpracování polymerní taveniny tak může velmi podstatně ovlivnit dlouhodobou stabilitu materiálu v pevném stavu. Proto je třeba polymer při zpracování chránit vhodnými stabilizátory.
Při koupi kabelu pro venkovní použití se proto doporučuje skutečně dbát na správné určení daného typu kabelu a na odolnost jeho vnějšího pláště vůči atmosférickým vlivům. Je třeba zjistit z jakého materiálu je plášť kabelu vyroben a zda výrobce deklaruje jeho použití ve venkovním prostředí. Tuto vlastnost může výrobce doložit provedením dodatečné zkoušky na UV stabilitu (obvykle podle souboru norem ČSN EN ISO 4892 Plasty – Metody vystavení laboratorním zdrojům světla). Jako univerzální pomůcka pro správný výběr takového kabelu slouží i jednoduché rozpoznávací znamení, čímž je barva pláště. Obecně jsou kabely se žlutým, oranžovým nebo červeným pláštěm velmi málo stabilní (díky chemickému složení daných pigmentů) a musí se do nich přidávat UV stabilizátory zvlášť. Pokud ale sáhnete po kabelu s pláštěm černé barvy, rozhodně tím nemůžete nic zkazit. Černá barva je dána podílem sazí v samotném pigmentu, které jsou samy o sobě UV stabilní.
