Wenn man ein Isolierrohr ausgräbt, das seit fünf oder sechs Jahren in Betrieb ist, kann es manchmal zu Szenen wie dieser kommen: Der Polyurethanschaum ist geschwärzt, zerbröckelt beim Zusammendrücken leicht und es tritt sogar Wasser aus. Die erste Reaktion vieler Menschen ist „Wassereinbruch“ oder „Alterung“, doch bei näherer Betrachtung liegt die Ursache des Problems oft in einem unauffälligen Indikator-dem geschlossenen-Zellverhältnis.
Das Verhältnis geschlossener Zellen ist einer der zentralen Parameter zur Messung der Qualität von Polyurethan-Hartschaum. Idealerweise sollte Polyurethanschaum eine große Anzahl unabhängiger, geschlossenzelliger Luftblasen aufweisen, die jeweils mit Schaumgas mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt sind und nicht miteinander verbunden sind. Diese Struktur blockiert effektiv die Wärmeleitung und fungiert als dichte Barriere, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Gemäß GB/T 29047 sollte der geschlossene Zellanteil von Polyurethanschaum, der für direkt erdverlegte Isolierrohre verwendet wird, nicht weniger als 88 % betragen. Wird dieser Wert nicht erreicht, sind die Folgen vielfältig.
Erstens wird die Isolationswirkung beeinträchtigt. In Schaum mit einem niedrigen Verhältnis geschlossener Zellen befinden sich viele Zellen in einem verbundenen Zustand, sodass das Schaumgas im Inneren leicht entweichen kann, während Außenluft ungehindert ein- und austreten kann. Wärmekonvektion und -strahlung nehmen zu, was zu einem deutlichen Anstieg der Wärmeleitfähigkeit führt. Bei gleichem Rohrdurchmesser und gleicher Dämmstärke kommt es bei Rohren mit einem unzureichenden Geschlossenzelligkeitsverhältnis zu deutlich höheren Wärmeverlusten als bei Rohren mit ausreichender Dämmung. Während des Transports geht Wärme verloren, was Heizungsunternehmen dazu zwingt, zum Ausgleich mehr Brennstoff zu verbrennen, ein Kostenfaktor, der in den täglichen Betriebskosten berücksichtigt wird.
Noch problematischer als der Wärmeverlust ist die Wasseraufnahme. Vergrabene Rohrleitungen sind ständig feuchtem Erdreich ausgesetzt. Auch ohne offensichtliche Schäden an der Außenhülle kann Feuchtigkeit durch winzige Lücken in die Dämmschicht eindringen. Während Schaum mit ausreichend geschlossenen Zellen das Eindringen von Feuchtigkeit wirksam verhindert, wird Wasser wie ein Schwamm vom Schaum absorbiert, sobald die Poren miteinander verbunden sind. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist mehr als zwanzigmal höher als die von ruhender Luft, was nach der Feuchtigkeitsaufnahme zu einem steilen Abfall der Isolierleistung des Schaums führt. Noch schlimmer ist, dass angesammeltes Wasser das Polyurethan hydrolysieren kann, was dazu führt, dass der Schaum weich wird, sauer wird und schließlich pulverisiert, wodurch er letztendlich seine strukturelle Festigkeit verliert. Zu diesem Zeitpunkt muss die gesamte Pipeline ausgehoben und ersetzt werden, wobei die Reparaturkosten die anfänglichen Materialeinsparungen bei weitem übersteigen.
Eine weitere leicht zu übersehende Folge ist die beschleunigte Alterung. Schaumstoff mit einem niedrigen Verhältnis geschlossener Zellen weist eine deutlich verringerte Beständigkeit gegen Hitzealterung auf. Unter dem langfristigen Hochtemperaturbetrieb von Heizungsrohren neigen die Polymerketten im Schaum stärker zum Bruch, wodurch sich die Farbe von gelb nach schwarz ändert und die Druckfestigkeit schnell abnimmt. Bei Pipelines, die ursprünglich für eine Lebensdauer von 30 Jahren ausgelegt waren, kann es in weniger als zehn Jahren zum Einsturz der Isolierschicht und zum Freilegen von Stahlrohren kommen.
Daher ist das Verhältnis geschlossener Zellen ein entscheidender Faktor, der beim Kauf von Isolierrohren berücksichtigt werden muss. Ein Unterschied von nur wenigen Prozentpunkten in einem formellen Testbericht eines Dritten- entscheidet häufig darüber, ob die Pipeline nach fünf Jahren stabil funktioniert oder größere Reparaturen und einen Austausch erfordert.