Strukturierte Kunststoffdichtungsbahnen können die Haftreibung zwischen dem PE und dessen Unterbau oder Deckschicht verbessern
Die Reibungskraft zwischen einer Dichtungsbahn aus Polyethylen und deren Unterbau oder darüber liegenden Schutzschicht – z. B. ein Geotextil-Vlies – kann erhöht werden, indem die Oberfläche auf einer oder auf beiden Seiten der Kunststoffdichtungsbahn texturiert wird. Strukturierte Kunststoffdichtungsbahnen wurden ursprünglich eingeführt, um erhöhten Anforderungen in Bezug auf Reibungsfestigkeit gegenüber Böden und Geotextilien, Hangstabilität und Arbeitssicherheit in bestimmten Einsatzbereichen Rechnung zu tragen. Die Art der Textur unterscheidet sich je nach Fertigungsverfahren. Die am meisten verbreiteten Verfahren sind: Coextrusion und Aufsprühen.
Kunststoffdichtungsbahnen mit mehrschichtiger Textur
Das Polymer wird in einer Strangpress- oder Blasfolienextrusionsanlage in drei Schichten extrudiert; das Verfahren ermöglicht, die Formulierung der beiden Oberflächenschichten in einem einfachen, einstufigen Prozess zu steuern. In die Polymerschmelze der Oberflächenschichten wird Nitrogengas eingeblasen, das nach dem Austritt aus dem Extruder wieder entweicht und eine raue und unregelmäßige Oberfläche hinterlässt. In dieser Stufe können auch weitere Zusatzstoffe wie Weißpigmente oder eine höhere Konzentration von Ruß (für Abdichtungen zur Ortung von Leckagen) zugesetzt werden. Die Kernschicht wird durch dieses Verfahren nicht beeinflusst. Aufgrund des Profils mit rauer Oberfläche (in der Regel mehr als 0,4 mm hoch) und des Velcro-ähnlichen Effekts (Klettverbindung) ist eine gute Reibfestigkeit gegen Böden und Textilien unter niedrigen bis normalen Lastbedingungen gegeben. Ein besonderer Vorteil ist die erhöhte Reibleistung und die bessere Adhäsion gegen vernadeltes Geotextil-Vlies. So wird zudem die Faltenbildung deutlich reduziert. Die mit diesem Verfahren hergestellte Textur ist relativ einheitlich und bietet in Verbindung mit feinkörnigen mineralischen Materialien gute Reibwerte.
Kunststoffdichtungsbahnen mit Spray-on-Textur
Bei diesem zweistufigen Verfahren wird mit heißer Luft vermischtes, geschmolzenes Polyethylen auf eine zuvor gefertigte stranggepresste oder flach gegossene glatte Dichtungsbahn aufgesprüht. Trotz der sehr unterschiedlichen Herstellungsverfahren stimmen die technischen Eigenschaften des aufgesprühten Oberflächenprofils in vielerlei Hinsicht mit denen einer durch Coextrusion gefertigten Textur überein – einschließlich des „Velcro“-Effekts und der Reibfestigkeit im Kontakt mit Vlies-Geotextilien sowie geosynthetischen Tondichtungsbahnen.
Die langfristige Leistungsfähigkeit der coextrudierten Textur von Kunststoffdichtungsbahnen ist gesichert, da das Material monolithisch ist. Beim Aufsprühverfahren hingegen muss die Adhäsion der Texturpartikel während der Herstellung eingehend getestet werden. Denn sie wird durch den Fertigungsprozess beeinflusst und kann sich auf die Reibeigenschaften der strukturierten Dichtungsbahn auswirken. Die Forschung hat gezeigt, dass das Verfahren, das Solmax für den Verbund der Texturpartikel in Sprüh-Dichtungsbahnen verwendet, bei Deponieanwendungen sehr gute Ergebnisse erzielt. Die Lebensdauer des Produkts wird auf mehr als 100 Jahre geschätzt. Ein sehr großer Vorteil des Aufsprühverfahrens ist, dass die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts vom Texturierungsprozess unberührt bleiben. Die Leistungsfähigkeit der Kunststoffdichtungsbahn kann somit vor dem Textur-Aufsprühverfahren kontrolliert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Kantenstreifen auf jeder Seite der Dichtungsbahn glatt bleibt und mit einem Schutzklebeband für das anschließende Verschweißen abgedeckt werden kann. Diese Streifen haben sich in der Praxis als äußerst nützlich erwiesen, wenn Kunststoffdichtungsbahnen bei schlammigen oder nassen Bedingungen installiert werden müssen. Um verschiedene Reibfestigkeiten zu erzielen und die Materialmasse gleichmäßig zu verteilen, wird das Gewicht je Flächeneinheit des aufgesprühten Materials in einem sorgfältig überwachten Prozess entsprechend angepasst. Diese Texturpartikel können Hinterschneidungen bilden, die Vliesstoffen Halt geben und so dem Produkt sehr gute Reibungseigenschaften verleihen.
Was bedeutet dies für den Anwender?
Während glatte Kunststoffdichtungsbahnen in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt werden, gibt es auch Situationen, in denen zur Verstärkung der Reibung strukturierte Dichtungsbahnen erforderlich sind, um Hangstabilität und Arbeitssicherheit zu gewährleisten. Um Schäden durch Rutschen zu vermeiden, müssen mehrschichtige Abdichtungssysteme (Unterbau, Geomembrane, Schutz-Geotextil, Dränschicht) strukturell stabil sein, insbesondere bei steilen Böschungen. Es stehen Industrienormen und Leitlinien aus verschiedenen Quellen zur Verfügung, die Ingenieuren Hilfestellung bei der eindeutigen Festlegung der Leistungsanforderungen wie Reibungswinkel oder Scherfestigkeit bieten.
Wie die Forschung gezeigt hat, liefert eine höhere Texturdichte die besten Ergebnisse, um einen höheren Reibungswiderstand zu erzielen. Auch die Höhe der Rauigkeiten zu vergrößern kann vorteilhaft sein, solange die Texturdichte hoch bleibt. Wird nur die Rauigkeitshöhe begünstigt, d.h. in Form von einzelnen Spikes, würde die Textur dagegen als Verankerung fungieren. Eine solche Struktur bildet eine eng lokalisierte Verbindung mit dem darunter liegenden Material und begünstigt so Spannungskonzentrationen sowohl in der Dichtungsbahn als auch im angrenzenden Material. In Punkto Arbeitssicherheit könnten einzelne große Spikes an der Oberfläche ein Risiko darstellen.
Ingenieure müssen alle oben erwähnten Variablen bedenken, wenn sie eine Dichtungsbahn mit der geeigneten Textur entsprechend den projektspezifischen Bedingungen auswählen. Es sollten zumindest die Aspekte Hangstabilität und Arbeitssicherheit in die Entscheidungsfindung einfließen.
