Chemische Beständigkeit von Elastomeren

Unter chemischer Beständigkeit versteht man die Fähigkeit eines Werkstoffs (z. B. Elastomere wie EPDM, NBR, CR oder Kunststoffe wie PTFE, einem Medium über eine bestimmte Zeit standzuhalten, ohne dass Dichtfunktion und Bauteileigenschaften unzulässig nachlassen.

In der Praxis nutzt man dafür häufig chemische Beständigkeitslisten, sogenannte Medienbeständigkeitstabellen. Sie helfen Konstrukteuren und Einkäufern, eine erste Werkstoffauswahl zu treffen – etwa für O-Ringe, Profile, Formteile oder Flachdichtungen.

Wichtig: Solche Listen sind eine Orientierung. Die reale Beständigkeit hängt immer auch von Temperatur, Einwirkdauer, Konzentration, Druck, Bewegung (statisch/dynamisch) und vom konkreten Compound ab.

Wie Beständigkeitslisten typischerweise eingeteilt sind

Viele Tabellen ordnen das Verhalten eines Werkstoffs in Kategorien ein – häufig anhand der Volumenänderung (meist Volumenquellung):

Kategorie 1 (sehr gut): keine bis geringe Veränderung, ca. 0–5 % Volumenänderung
Kategorie 2 (gut): geringe bis mäßige Veränderung, ca. 5–10 %
Kategorie 3 (mäßig): mäßige bis deutliche Veränderung, ca. 10–20 %
Kategorie 4 (schlecht / nicht empfohlen): starke Reaktion, Einsatz i. d. R. kritisch bis ungeeignet
n. n.: keine Daten verfügbar

Diese Einteilung ist ein nützlicher erster Filter – aber kein Urteil über die tatsächliche Eignung. Ein Werkstoff kann eine Volumenänderung nahe 0 % zeigen und dennoch ungeeignet sein, wenn das Medium die chemischen Quervernetzungen angreift: Das Material verliert dann Härte und Zugfestigkeit, ohne messbar aufzuquellen – es wird weich und verliert Dichtkraft, ohne dass die Volumentabelle Alarm schlägt. Die Beurteilung der Beständigkeit muss deshalb zwingend auch die Änderung mechanischer Kennwerte einbeziehen – insbesondere Härteänderung (Richtwert: max. ±10–15 Shore A) und Zugfestigkeit.

Volumenquellung ist hilfreich – aber nicht die ganze Wahrheit

Die Volumenquellung ist ein guter Indikator dafür, ob ein Medium vom Werkstoff aufgenommen wird und das Elastomer dadurch „aufquillt“. Sie sagt aber nicht allein, ob eine Dichtung dauerhaft funktioniert. Ein Werkstoff kann trotz moderater Quellung kritisch werden, wenn sich Kennwerte deutlich verschieben – zum Beispiel:

Härteänderung (weicher oder härter)
sinkende Zugfestigkeit oder Reißdehnung
schlechterer Weiterreißwiderstand
Veränderung von Druckverformungsrest (Compression Set), Rückstellkraft und Dichtpressung
steigender Abrieb bei Bewegung

Gerade bei dynamischen Dichtstellen (Hub- oder Drehbewegung) ist das entscheidend: Quellung kann die Einbausituation verändern und je nach Nutgeometrie Kontaktpressung und Reibung erhöhen. Das wirkt manchmal kurzfristig „dichter“, führt aber im Betrieb oft zu mehr Wärmeentwicklung und damit zu höherem Verschleiß oder schnellerer Alterung – bis hin zum vorzeitigen Ausfall.

Quellung vs. Schrumpfung: Warum Schrumpfung oft kritischer ist

Neben Quellung gibt es auch Volumenschrumpfung. Sie entsteht häufig, wenn ein Medium Bestandteile aus der Mischung herauslöst (z. B. Weichmacher (https://kremer-tec.de/unternehmen/lexikon-elastomertechnik/glossar-begriff/weichmacher-93.html) oder andere niedermolekulare Anteile). Typische Begleiterscheinungen sind Härtezunahme, höhere Steifigkeit und schlechtere Anpassungsfähigkeit an Toleranzen.

Für Dichtungen ist Schrumpfung oft besonders heikel, weil sie die Vorspannung reduziert: Ein O-Ring oder eine Profildichtung liegt dann weniger satt an – es entsteht leichter ein Leckagepfad, vor allem bei Druckwechseln oder Bewegung. Schon wenige Prozent Schrumpfung können, abhängig von Querschnitt, Nut und Spaltmaß, in der Praxis relevant werden. Pauschale Grenzwerte (z. B. „3–4 %“) sind allerdings nur grobe Anhaltswerte – entscheidend sind Geometrie und Vorspannung der konkreten Dichtstelle.

Besonders gefährdet sind Bauteile, die wechselnden Medien oder Wartungszyklen mit Trockenperioden ausgesetzt sind. Während des Medienkontakts quillt die Dichtung und bleibt scheinbar dicht. Wird das System entleert oder das Medium gewechselt, tritt das wahre Ausmaß der Extraktion zutage: Die Dichtung schrumpft unter ihr Originalmaß, die Vorspannung bricht ein. Die Leckage entsteht nicht im Betrieb, sondern beim ersten Wiederanlauf nach einer Wartungspause – ein Versagensmuster, das ohne Kenntnis dieses Mechanismus schwer zu diagnostizieren ist.

Welche Faktoren noch auf die chemische Beständigkeit einwirken

Viele Medien wirken bei Raumtemperatur unkritisch, werden aber bei Wärme deutlich aggressiver. Ebenso kann ein Medium nach kurzer Zeit unauffällig sein, aber nach Wochen oder Monaten merkliche Effekte zeigen. Daher gilt:

Temperatur hoch » Alterung, Extraktion und chemische Reaktionen laufen schneller
Einwirkdauer lang » selbst kleine Effekte summieren sich
Compound entscheidet » innerhalb derselben Werkstofffamilie (z. B. EPDM oder NBR) können unterschiedliche Mischungen deutlich abweichende Beständigkeiten zeigen (Füllstoffe, Vernetzung, Additive)

Ein weiterer kritischer Faktor sind Additive im Medium. In der industriellen Praxis hat man es selten mit reinen Stoffen zu tun: Moderne Getriebeöle, Kühlflüssigkeiten und Kraftstoffe enthalten Verschleißschutz-, Korrosionsschutz- und Viskositätsadditive. Ein FKM-Werkstoff kann gegen Mineralöl als Basisflüssigkeit exzellent beständig sein – enthält dasselbe Öl jedoch aggressive Amine, wird das Elastomer von innen heraus angegriffen.

Die Beständigkeitstabelle zeigt „sehr gut", die Praxis führt zum Ausfall. Das Compound muss deshalb immer gegen das Gesamtmedium inklusive aller Additive geprüft werden, nicht gegen den Reinstoff.

Was Volumenänderungen verursacht

Volumenänderungen entstehen vor allem durch zwei Mechanismen:

Aufnahme/Quellung: Moleküle des Mediums dringen ein, das Elastomer nimmt Medium auf und wird weicher bzw. voluminöser.
Extraktion/Schrumpfung: Bestandteile der Mischung werden herausgelöst, der Werkstoff wird kompakter und oft härter.

Zusätzlich können Medien – je nach Chemie – auch Polymerkette, Vernetzungssystem oder Füllstoffoberflächen beeinflussen. Dann verändert sich nicht nur das Volumen, sondern auch das mechanische Verhalten.

Hier geht es zur interaktivenBeständigkeitsliste: Werkstoffe gegen Chemikalien