Welke risico’s vochtopname meebrengen bij kunststoffen

Kunststoffen staan erom bekend om vocht op te nemen en over het algemeen wordt dat waargenomen als een negatieve impact. Feitelijk gezien is het zo dat een kunststof zwakker wordt naarmate er meer vocht door het materiaal wordt opgenomen. Maar hoe werkt dit dan precies en waardoor wordt dat veroorzaakt? Lees verder om hier achter te komen.

Luchtvochtigheid

In hoeverre een kunststof vocht opneemt, is afhankelijk van de luchtvochtigheid in de omgeving. De luchtvochtigheid is een verhouding voor de hoeveelheid waterdamp wat er in de lucht zit ten opzichte van de maximale hoeveelheid waterdamp wat in de lucht kan zitten, aangegeven in procenten. De temperatuur speelt daarnaast een belangrijke rol in de opname van vocht. Bij hoge temperaturen zal de luchtvochtigheid makkelijker stijgen en andersom ook. 

Waarom kunststoffen vocht opnemen, heeft te maken dat de watermoleculen in  de lucht een chemische reactie aangaan met de kunststof wat hydrolyse heet. Door de chemische reactie worden de covalente bindingen gebroken waardoor de lange kunststofketens worden verkleind naar kortere ketens wat resulteert in een bros materiaal. Afhankelijk van het type kunststof kan de opname van vocht tussen de 2-10% van het eigengewicht liggen. 

Niet alle kunststoffen nemen vocht tot zich, deze groep wordt ook wel de niet-hydroscopische materiaalgroep genoemd. Kunststoffen die wel vocht opnemen, vallen onder de hydroscopische materiaalgroep. Zie onderstaande tabel met een overzicht van de bekendste kunststoffen die wel of niet hydroscopisch zijn. Nylon neemt van bijna alle kunststoffen het meeste vocht op, tot wel 9%. Maar wat zijn hier de gevolgen van?

Hydroscopisch materiaal
Niet-hydroscopisch materiaal
Nylon
PVA
Polycarbonaat
PP
ABS
PE
PETG
PS

Printproces

Vocht in de halffabricaat, granulaat of filament zorgt tijdens het productieproces voor problemen. Bij het print- en spuitgietproces wordt het materiaal verwarmd zodat vormgegeven kan worden. Wanneer een kunststof vocht opneemt, zet het uit en veranderd de dichtheid. Bij opwarming zal het water verdampen en belletjes veroorzaken tijdens het printproces. Hierdoor kunnen de lagen niet optimaal aan elkaar hechten waardoor delaminatie ontstaat.

Om te voorkomen dat dat de lagen gaan delamineren is het aanbevolen voordat je gaat produceren het materiaal net onder de glastemperatuur te verwarmen voor een bepaalde tijd. Hierdoor zal het vocht tijdelijk eruit trekken maar nooit helemaal want na het produceren neemt je geprinte onderdeel weer vocht op. Eerder was al te lezen dat het materiaal bros wordt na vochtopname, lees daarom verder hoe dit effect heeft op de mechanische eigenschappen.

Mechanische eigenschappen

Al heb je extreme maatregelen genomen om vocht uit het materiaal te verwijderen, na verloop van tijd neemt het materiaal weer nieuw vocht uit de omgeving op. Het opnemen van vocht in een thermoplast zorgt voor een soort weekmaker effect, de glastemperatuur daalt waardoor de kunststof eerder elastischer wordt bij temperatuursverhoging. Want hoe dichter de omgevingstemperatuur bij de glastemperatuur van het materiaal komt, hoe beweeglijker de ketens worden. 

 In het totaalplaatje heeft vochtopname effect op alle mechanische eigenschappen van een kunststof. Als voorbeeld heb ik de datasheet van Polymaker Polyamide PA6+GF genomen om aan te tonen welke testresultaten zij gebruiken. In onderstaande afbeelding is de datasheet van dit filament te zien. De bovenste tabel tonen de eigenschappen met vrijwel geen vocht in de geteste onderdelen. De onderste tabel toont de eigenschappen van de geteste onderdelen die wel vocht bevatten. Het zal hier gaan om de maximale vochtopname van het onderdeel, wat bij elk materiaal anders is. Zoals is te zien hebben de geteste onderdelen waar vocht in zit ongeveer 20% slechtere eigenschappen. 

Conclusie

 Hydroscopische kunststoffen kunnen een maximaal percentage vocht opnemen wat invloed heeft op het fabricageproces en de mechanische eigenschappen. Hoe hoger de temperatuur en de luchtvochtigheid in de omgeving, hoe sneller het onderdeel vocht opneemt. Het is in feite dus niet zo dat een kunststof aan een langere termijn van blootstelling van een hoge luchtvochtigheid alsmaar zwakker wordt. Als het maximum aan vochtopname is bereikt, dan zijn de minste mechanische eigenschappen te zien. 

Scroll naar top