In Kunststoffen, die eine mediale Beanspruchung durch Wasser erfahren, treten mehrere unterschiedliche Effekte auf z.B.:




Aus physikalischer Sicht handelt es sich bei der Wasseraufnahme um Diffusionsvorgänge. Die Verfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme werden in der DIN EN ISO 62 [1] beschrieben:




Nach der Norm können Beanspruchungen durch Luftfeuchtigkeit, durch Eintauchen in Wasser von 23 °C und in siedendes Wasser ein völlig unterschiedliches Materialverhalten hervorrufen. Das Einlegen in Wasser bei 23 °C und Lagern bei 100 % Luftfeuchtigkeit sind in den Auswirkungen praktisch nahezu gleichwertig [2]. Zum Vergleich unterschiedlicher Kunststoffe kann die bei Erreichen des Gleichgewichtszustandes aufgenommene Wassermenge herangezogen werden. Die sorgfältig geregelte, nicht im Gleichgewicht befindliche Beanspruchung von Kunststoffprüfkörpern mit genau festgelegten Maßen kann zum Vergleich unterschiedlicher Chargen des gleichen Materials und zur Bestimmung der Diffusionskonstante des zu prüfenden Materials angewendet werden [1].

Die Möglichkeit einer Kettenspaltung durch die Reaktion mit Wasser (Hydrolyse) besteht bei Polymeren, die Ester-, Amid- oder ähnliche funktionelle Gruppen in der Hauptkette enthalten. Säuren und Laugen können hierbei als Katalysator wirken und speziell in heißem Wasser die Kettenspaltung begünstigen, was somit die Umkehrreaktion der Polymersynthese darstellt. Aromatische Polyester nehmen auf Grund ihrer hydrophoben Phenylgruppen nur sehr wenig wässrige Lösungsmittel auf, so dass eine Hydrolyse erst bei erhöhter Temperatur beobachtet wird und i.A. eine gute Kaltwasserbeständigkeit vorliegt [3].

Physikalisch-chemische Vorgänge in Verbindung mit der Hydrolyse können z.B. die lokale Änderung der Kristallinität, die Herauslösung von Additiven oder die Erweichung bei Wasseraufnahme sein.

Typische mechanische Vorgänge sind z.B. die Entstehung von Eigenspannungen infolge lokal unterschiedlicher Quellvorgänge oder die abrasive Schädigung von Kunststoffoberflächen bei Anwesenheit von wässrigen Lösungen mit hoher Fließgeschwindigkeit, z.B. beim Transport von Flüssigkeiten oder bei natürlicher Bewitterung.

Das Prinzip der quantitativen Beschreibung der Wasseraufnahme besteht darin, Prüfkörper in destilliertes Wasser von 23 °C oder in siedendes destilliertes Wasser einzutauchen oder in Klimaten mit 50 % relativer Feuchte bei festgelegten Temperaturen und für einen bestimmten Zeitraum zu beanspruchen [1]. Über die Bestimmung von Massenänderungen mit handelsüblichen Waagen (Fehlergrenze ± 0,1 mg) erfolgt die Berechnung der absorbierten Wassermenge.

Als Prüfkörper werden quadratische oder runde Platten, röhren- oder stabförmige Prüfkörper oder Prüfkörper aus Fertigprofilen, Strangpressteilen, Platten und Laminaten verwendet.

Die Beschreibung der Wasseraufnahme c erfolgt als Differenzangabe zwischen der Masse des Prüfkörpers nach dem Eintauchen m2 (gequollener Prüfkörper) und der Masse des Prüfkörpers nach der Trocknung m1 (extrahierter Prüfkörper)


c = m2 – m1         [mg]

oder als relative Masseänderung in Prozentanteilen (%)




Dabei sind:



Tabelle:    Wasseraufnahme von verschiedenen Kunststoffen in kaltem Wasser [2]

MaterialWasseraufnahme
nach 4 d (mg)
CA100–250
PA 50–800
PC5–10
PEca. 0
PF , Typ 31100–180
PF, fülllstofffrei 10–20
PMMA 30–40
POM 20
PS2–5
PVC-Copolymerisat5–20
UF, Typ 131200–300
Vulkanfiber1500



Literaturhinweise


  1. DIN EN ISO 62 (2008-05): Kunststoffe – Bestimmung der Wasseraufnahme
  2. Stoeckhert, K., Woebcken, W. (Hrsg.): Kunststoff-Lexikon. Carl Hanser Verlag München Wien 9. Auflage 1998, S. 605 ISBN 3-446-17969-0
  3. Franck, A.: Kunststoff-Kompendium. Vogel Buchverlag Würzburg, 5. Auflage, 2000, S. 258, ISBN 3-8023-1855-2

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