Polyurethan (PU) als Dichtungswerkstoff

Was ist Polyurethan (PU)?

Polyurethan, meist als PU abgekürzt, ist ein Polymer, das aus organischen Einheiten besteht, die durch Urethan-Verbindungen verknüpft sind. Es zählt zu den vielseitigsten Werkstoffen der modernen Industrie und ist für seine Flexibilität, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit bekannt.

Entwickelt wurde PU erstmals in den späten 1930er Jahren. Ursprünglich entstand der Werkstoff als Ersatz für Gummi, inzwischen kommt er in einer breiten Palette von Industrien zum Einsatz.

Hergestellt wird Polyurethan aus zwei Hauptkomponenten: Polyolen und Diisocyanaten. Die Polyole sind organische Verbindungen mit mehreren Hydroxylgruppen und bestimmen maßgeblich die Flexibilität des Endprodukts. Die Diisocyanate reagieren mit diesen Hydroxylgruppen zu langen Polymerketten und legen die Festigkeit des Materials fest. Über das Mischungsverhältnis lassen sich die Eigenschaften von weich bis sehr hart einstellen.

Für die Dichtungstechnik ist vor allem das PU-Elastomer relevant. Aus diesem werden Räder, Rollen und Dichtungen gefertigt, darunter auch O-Ringe für anspruchsvolle mechanische Belastungen.

Eigenschaften von Polyurethan

Die Eigenschaften von PU sind bemerkenswert vielfältig. Über die Rezeptur lässt sich der Werkstoff gezielt an die jeweilige Anwendung anpassen.

• Flexibilität: PU kann von extrem weich bis sehr hart eingestellt werden.
• Haltbarkeit: Hohe Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, Risse und UV-Strahlung.
• Isolationseigenschaften: Sehr gute Wärme- und Schallisolierung.
• Chemische Beständigkeit: Beständig gegen Öle, Lösungsmittel und viele Chemikalien.

Diese Kombination macht PU zu einem bevorzugten Werkstoff in vielen Bereichen, von Möbeln und Matratzen über Isolationsmaterialien bis hin zu Schuhen und Automobilkomponenten.

Polyurethan ist in mehreren Grundformen erhältlich. Flexibler Schaum findet sich in Möbeln und Matratzen, harter Schaum in Isolationsplatten und Bauanwendungen. PU-Elastomere kommen in Rädern, Rollen und Dichtungen zum Einsatz, dazu treten Beschichtungen, Klebstoffe und Dichtstoffe.

Hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit

Die wichtigste Stärke von PU im Dichtungseinsatz ist die ausgezeichnete Abriebfestigkeit. Dichtungen aus Polyurethan halten mechanischer Beanspruchung über lange Einsatzdauern stand und verschleißen deutlich langsamer als viele klassische Elastomere.

Hinzu kommt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Risse und Weiterreißen. In Verbindung mit der guten mechanischen Festigkeit ergibt sich daraus ein Werkstoff, der vor allem dort überzeugt, wo Dichtungen unter Druck und Bewegung dauerhaft zuverlässig arbeiten müssen.

PU behält seine Form und Elastizität über einen weiten Temperaturbereich bei, was den Einsatz in unterschiedlichen Umgebungen ermöglicht. Diese Verschleißfestigkeit ist auch ein Grund dafür, dass Polyurethan häufig dort gewählt wird, wo abrasive Medien oder Partikel auf die Dichtung treffen. Wer sich tiefer mit dem Thema Verschleiß befassen möchte, findet weitere Hinweise in unserem Beitrag zum NBR Werkstoff als verbreitete Alternative im Hydraulikbereich.

Mechanische Festigkeit

Im Vergleich zu vielen anderen Kunststoffen und Elastomeren bietet PU eine herausragende mechanische Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.

• Vielseitigkeit: Herstellbar in verschiedenen Härtegraden, vom weichen Schaum bis zum harten Kunststoff.
• Haltbarkeit: Widerstandsfähig gegen Abrieb, Risse und verschiedene Chemikalien.
• Isolationseigenschaften: Sehr gute thermische und akustische Isolation.
• Leichtgewicht: Geringes Gewicht im Vergleich zu Metallen, bei hoher Festigkeit.

Die Härte von PU wird wie bei anderen Elastomeren in Shore angegeben und deckt einen sehr großen Bereich ab. Die folgende Übersicht ordnet die gängigen PU-Varianten ihren typischen Härtebereichen zu.

Gegenüber PVC ist PU flexibler und langlebiger, dafür teurer in der Herstellung. Gegenüber Silikon ist PU weniger hitzebeständig, bietet aber bessere mechanische Eigenschaften.

PU in der Hydraulik

Hydraulik und Pneumatik sind klassische Einsatzfelder für Dichtungen aus Polyurethan. Dort kommt es auf die Kombination aus mechanischer Festigkeit, Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegen Öle und Fette an, die PU in besonderem Maße mitbringt.

PU ist beständig gegen viele Öle, Fette und einige Lösungsmittel und eignet sich damit für chemisch anspruchsvolle Situationen im Hydraulikkreis. In hydraulischen und pneumatischen Systemen dichten PU-Elemente Komponenten wirksam ab und verhindern Leckagen, auch unter hohem Druck.

Gerade als Stangen- und Kolbendichtung spielt Polyurethan seine Verschleißfestigkeit aus, weil die Dichtung hier ständiger Bewegung ausgesetzt ist. Mehr zur Auslegung beweglicher Dichtstellen lesen Sie in unserem Beitrag zur Kolbendichtung.

Grenzen: Hitze und Hydrolyse

So leistungsfähig PU mechanisch ist, so deutlich sind seine Grenzen bei Hitze und in Verbindung mit Wasser. Gegenüber Silikon ist Polyurethan weniger hitzebeständig, sodass der Werkstoff bei dauerhaft hohen Temperaturen an seine Grenzen stößt.

Hinzu kommt die Empfindlichkeit gegenüber Hydrolyse. In heißem Wasser, Dampf oder feuchtwarmer Umgebung kann PU über die Zeit abgebaut werden, was die Dichtwirkung beeinträchtigt. Für solche Bedingungen sind andere Werkstoffe die bessere Wahl.

Welcher Werkstoff zu Ihrem Medium passt, lässt sich nicht pauschal beantworten. Einen Überblick über das Verhalten verschiedener Werkstoffe gegenüber konkreten Medien finden Sie in unserer Beständigkeitstabelle.

PU O-Ringe und weitere Anwendungen

PU O-Ringe sind in vielen industriellen und technischen Anwendungen ein wesentlicher Bestandteil der Abdichtungstechnik. Sie verbinden ausgezeichnete Abriebfestigkeit mit guter Flexibilität über einen weiten Temperaturbereich und Beständigkeit gegen viele Öle, Fette und einige Lösungsmittel.

Diese Kombination aus Haltbarkeit, Flexibilität und Beständigkeit macht PU O-Ringe zu einer geeigneten Lösung für anspruchsvolle Abdichtungsaufgaben, bei denen herkömmliche Werkstoffe an ihre Grenzen kommen.

Typische Einsatzgebiete von PU O-Ringen sind:

• Hydraulik und Pneumatik: wirksame Abdichtung von Komponenten gegen Leckagen.
• Automobilindustrie: Einsatz in Kraftstoff-, Öl- und Kühlsystemen.
• Maschinenbau: Schutz vor Staub und Kontaminanten in Maschinen und Geräten.
• Luft- und Raumfahrt: gefragt wegen der Widerstandsfähigkeit gegen extreme Bedingungen.
• Haushaltsgeräte: als Dichtungselement in Waschmaschinen und Geschirrspülern.

Über die Dichtungstechnik hinaus ist Polyurethan im Alltag allgegenwärtig: in Sitzkissen und Matratzen der Möbelindustrie, in Sitzpolstern und der Isolierung von Fahrzeugen, in Sportbekleidung und wasserabweisenden Stoffen der Textilindustrie sowie in Gebäudeisolierung und Bodenbelägen der Bauindustrie. Auch in der Elektronik als Schutzbeschichtung und in der Medizintechnik findet der Werkstoff Verwendung.

Innovationen und Nachhaltigkeit

Die Herstellung von PU ist energieintensiv, und die Industrie bemüht sich um umweltfreundlichere Methoden. Recycling und Wiederverwendung von PU-Materialien sind dabei zentrale Schwerpunkte. PU-Produkte lassen sich recyceln, auch wenn der Prozess komplex ist. Zu den Verfahren zählen das mechanische Zerkleinern und das chemische Zerlegen in die Grundbestandteile.

Neue Entwicklungen wie biobasierte Polyurethane bieten nachhaltigere Alternativen und werden aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen, was die Umweltauswirkungen verringert. Weitere Forschungsfelder sind biokompatible Materialien für die Medizintechnik, intelligente Textilien sowie leichtere und festere PU-Formen für die Luft- und Raumfahrt.

Insgesamt wächst der Fokus auf Nachhaltigkeit und umweltfreundliche Produktion, getragen von Branchen wie der Elektromobilität und den erneuerbaren Energien.

Häufige Fragen