Das heutige Thema ist die „Wasseraufnahme bei Kunststoffen“.
Nehmen Kunststoffe tatsächlich Wasser auf?
Was meinen Sie?
Die Antwort lautet: Es kommt auf den Kunststoff an.
Manche nehmen nur sehr wenig auf, andere viel, und einige praktisch gar keines. Das Ausmaß der Wasseraufnahme wird als Wasseraufnahme-Rate angegeben.
Diese Rate wird durch standardisierte Prüfverfahren (z. B. nach JIS oder ISO) bestimmt, die Probenabmessungen, Eintauchdauer, Wassertemperatur und weitere Parameter festlegen.
Was passiert, wenn Kunststoffe Wasser aufnehmen?
Ähnlich wie bei Trockenlebensmitteln – etwa getrocknetem Weizengluten („Fu“) oder Nori – können feuchteempfindliche Kunststoffe aufquellen und sich verformen. Häufig werden Kunststoffe anhand typischer Bereichswerte ihrer Wasseraufnahme wie folgt gruppiert:
● Wasseraufnahme: 1 % oder höher
- Zellulosebasierte Harze
- Nylon (Polyamide)
- Urethanharze
● Wasseraufnahme: 0,1–1 %
- Phenolharze
- Polyetheretherketon (PEEK)
- Polyacetal (POM)
- Polyethylenterephthalat (PET)
- Acrylharze (PMMA)
- Polycarbonat (PC)
● Wasseraufnahme: unter 0,1 %
- Teflon (PTFE)
- Polyethylen (PE)
- Polypropylen (PP)
- Polyphenylensulfid (PPS)
- Polyvinylidenchlorid (PVDC)
(Hinweis: Je nach Datenquelle und Prüfmethode können die tatsächlichen Werte variieren.)
Warum nehmen manche Kunststoffe mehr Wasser auf?
Kunststoffe mit geringer Wasseraufnahme bestehen häufig überwiegend aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H). Materialien mit höherer Aufnahme enthalten oft Sauerstoff (O) oder Hydroxylgruppen (OH). Da Wasser H2O ist, besteht eine natürliche Affinität zu sauerstoffhaltigen Gruppen. Das ist eine allgemeine Tendenz (keine strenge Regel), die Unterschiede zwischen Materialien erklärt.
In der Kunststofftechnik ist Nylon für seine Wasseraufnahme bekannt. Innerhalb der Polyamide gibt es mehrere Typen:
- Nylon 6
- Nylon 66
- Nylon 11
- Nylon 12
Sortiert nach typischer Aufnahme ergibt sich häufig folgende Reihenfolge:
Nylon 6 (≈1,3–1,9 %) > Nylon 66 (≈1,5 %) > Nylon 11 (≈0,4 %) > Nylon 12 (≈0,25 %)
Das zeigt: Selbst innerhalb einer Werkstofffamilie können sich die Wasseraufnahmen um über 1 % unterscheiden. Außerdem gibt es monomergegossenes Nylon (MC-Nylon), das häufig für Lager und Dreh-/Frästeile eingesetzt wird und als modifiziertes Nylon verbesserte Eigenschaften bietet.
Mit anderen Worten: Nicht jedes Nylon nimmt gleich viel Wasser auf. Nylon 6 und Nylon 66 weisen eine vergleichsweise hohe Aufnahme auf und werden breit in Textilien genutzt – dort tragen etwas Feuchteaufnahme und vor allem die Fasergeometrie zum Tragekomfort bei. Im Gegensatz dazu besitzt Polyester (PET) eine geringere intrinsische Wasseraufnahme als Nylon; im Bekleidungsbereich basiert das Feuchtigkeitsmanagement primär auf Fasergeometrie und Kapillarwirkung, nicht auf echter Aufnahme.
Schwämme bestehen häufig aus hochabsorbierenden Materialien wie Zellulose oder Urethan-Schäumen; ihre Struktur mit vielen kleinen Poren maximiert die Wasserhaltekapazität.
Ein weiteres Beispiel sind Superabsorber (SAP), die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen können. Einsatzgebiete sind u. a.:
- Einwegwindeln
- Lufterfrischer
- Bodenhilfsstoffe zur Feuchtespeicherung im Gartenbau
- Kontaktlinsen
Dies sind Fälle, in denen hohe Wasseraufnahme erwünscht ist. In vielen industriellen Anwendungen gilt jedoch das Gegenteil: geringe Wasseraufnahme ist vorzuziehen oder sogar zwingend.
Beispiel Teflon (PTFE): Dieser Werkstoff nimmt praktisch kein Wasser auf. Wie in einem früheren Beitrag erwähnt, wird er beim Dach des Tokyo Dome eingesetzt, wo selbst geringe Wassermengen unerwünschtes Gewicht und zusätzliche Last bedeuten würden.
Fazit: Manche Kunststoffe nehmen viel Wasser auf, andere wenig, wieder andere nahezu keines. „Viel“ ist nicht per se gut, „wenig“ nicht per se schlecht – jedes Material hat Stärken für bestimmte Anwendungen.
Bei Kashima Bearings kann eine höhere Wasseraufnahme nachteilig sein – insbesondere bei Gleitlagern.
Gleitlager benötigen ein kleines Spiel zwischen Lager-Innendurchmesser und Welle. Quillt ein wasseraufnehmender Kunststoff in feuchter oder nasser Umgebung, kann dieses Spiel schrumpfen – Rotationsprobleme sind die Folge.
Daher wählen wir bei erwarteter Feuchtebelastung Werkstoffe mit geringer Wasseraufnahme oder berücksichtigen die zu erwartende Ausdehnung von Anfang an in der Auslegung, um eine sichere Funktion zu gewährleisten.
