Polyamid Kunststoff – BKM
Obwohl Polyamide (Kurzzeichen PA) in sehr großem Umfang zu Fasern verarbeitet werden, gehören sie auch zu den wichtigen technischen Thermoplasten.
Es handelt sich um zähe Materialien mit einer hohen Festigkeit und Steifigkeit, einer hervorragenden Schlagzähigkeit und einer guten Abrieb- und Verschleißfestigkeit.
Ihre vergleichsweise niedrige Glastemperatur hat zur Folge, dass Polyamide oft mit Glasfasern verstärkt werden. Die Verstärkung mit Glasfasern erhöht einerseits die Festigkeit und das E-Modul und lässt andererseits die Dauergebrauchstemperatur deutlich nach oben klettern.
Je nach Typ und Aufbau können Polyamide in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr -30 °C und gut +100 °C eingesetzt werden, kurzfristig sind auch Temperaturen von bis zu 180 °C und mehr möglich.
Inhalt:
Anwendungen von Polyamid
Wegen ihrer hohen mechanischen Festigkeit haben Polyamide viele Metallkomponenten im Fahrzeugbau ersetzt. Zugleich ist der Fahrzeugbau auch das Haupteinsatzgebiet dieses Kunststoffs. Aus Polyamid werden zum Beispiel Lampengehäuse, starre Kraftstoffleitungen, Tanks oder Gas- und Kupplungspedale gefertigt.
Glasfaserverstärkte Polyamide haben eine wesentlich höhere Wärmeformbeständigkeit als Polyamide ohne Verstärkung. Außerdem sind sie beständig gegen Öl. Deshalb kommen sie für verschiedene Anwendungen im Motorraum zum Einsatz.
Eine andere typische Anwendung von Polyamiden sind Gehäuse von elektrischen Werkzeugen. Daneben werden Polyamide als Material für Gehäuse von elektronischen Bauelementen genutzt. Denn die Kunststoffe lassen sich mit halogenfreien Flammschutzmitteln ausrüsten.
Außerdem halten sie kurzfristig Temperaturen über 260 °C, wie sie etwa beim Löten von Bauelementen vorkommen, aus, ohne dabei ihre Form wesentlich zu verändern. Filter- und Pumpengehäuse, spezielle Dichtungen, Treibriemen oder Gleitlager sind weitere Anwendungsbereiche.
In der Feinmechanik werden aus Polyamiden Zahnräder, Rollen, Schrauben und Muttern hergestellt. Als Werkstoff für Filtergewebe, beispielsweise bei Dialysefiltern, dienen Polyamide ebenso.
Polyamid 12 in Pulverform kommt zur schnellen Fertigung von Prototypen mittels Lasersinterung zum Einsatz. PA-RIM wiederum ist ein Blockcopolymer mit Nylon und kann im Reaktionsgießverfahren verarbeitet werden, um Prototypen herzustellen. Mit etwas höherer Molmasse sind PA 6 und PA 12 auch als Gusstypen erhältlich.
Eigenschaften von Polyamid
Verglichen mit anderen Kunststoffen, nehmen Polyamide recht viel Wasser auf. Während die Wasseraufnahme bei anderen Thermoplasten bei deutlich unter einem Prozent liegt, sind es bei Polyamiden je nach Typ bis zu 3,7 Prozent.
Die Aufnahme des Wassers führt dazu, dass auch das Volumen zunimmt, und zwar um etwa 0,3 Prozent pro Prozent Wasseraufnahme. Bei der Auslegung des Werkzeugs muss dies entsprechend berücksichtigt werden.
Die polaren Polyamide sind beständig gegenüber verdünnten Laugen, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Kraftstoffen, Alkoholen, Estern, Ketonen, Fetten und Ölen. Nicht beständig hingegen sind sie gegen starke Säuren, Basen und chlorierte Kohlenwasserstoffe. Höhere Temperaturen können eine Hydrolyse auslösen, wobei diese Neigung weniger ausgeprägt ist als bei Polyester.
Bei den elektrischen Isoliereigenschaften schneiden Polyamide nur mäßig ab. Dafür neigen sie kaum zu Spannungsrissen. Werden die Kunststoffe im Freien eingesetzt, sollten sie gegen den Einfluss der UV-Strahlung stabilisiert werden. Nach einer entsprechenden Stabilisierung ist auch die Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen gut.
Je nach Aufbau sind Polyamide undurchsichtig bis transparent. Es ist möglich, sie glasklar einzustellen oder einzufärben.
Die mechanischen Eigenschaften und die chemische Beständigkeit richten sich nach dem Feuchtigkeitsgehalt unter den Einsatzbedingungen, dem Kristallinitätsgrad durch die Herstellung und den zugesetzten Additiven.
Zu den wichtigsten Vertretern im industriellen Bereich und für technische Anwendungen gehören die Polyamide PA 6, PA 66 und PA 12. Ausgehend von den Grundtypen, können die Kunststoffe durch entsprechende Zusätze auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgestimmt werden.
Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Polyamiden, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. Trotzdem gibt es einige Eigenschaften, die für Polyamid als Werkstoff typisch sind.
Dazu gehören:
- eine hohe mechanische Festigkeit, Härte, Steifigkeit und Zähigkeit
- ein gutes mechanisches Dämpfungsvermögen
- eine gute Ermüdungsfestigkeit
- eine sehr hohe Verschleißfestigkeit
- gute Gleit- und Notlaufeigenschaften
- eine gute Zerspanbarkeit
Herstellung von Polyamid
Der Name Polyamid geht auf die typische Struktur eines Carbonsäureamids zurück. In der Biochemie haben Peptide und Proteine die gleiche Struktur. Peptide sind organische Verbindungen aus mehreren Aminosäuren. Sind mehr als 100 Aminosäuren miteinander verknüpft, handelt es sich um Proteine.
Der Großteil der Polyamide wird auf Basis von aliphatischen Kohlenwasserstoffen hergestellt. Die Bezeichnung hängt dann davon ab, wie viele Kohlenstoffatome die verwendeten Ausgangsstoffe enthalten.
Aliphatische Polyamide basieren auf einem oder zwei Ausgangsstoffen. Bei einem Ausgangsstoff handelt es sich um Lactame oder w-Aminocarbonsäuren. Lactame sind cyclische Carbonsäureamide, w-Aminocarbonsäuren sind Carbonsäuren mit einer Aminogruppe an dem C-Atom, das von der Carbonsäurefunktion am weitesten entfernt ist. Bei zwei Ausgangsstoffen werden Diamine und Dicarbonsäuren miteinander kombiniert.
Durch Kondensationspolymerisation entstehen lineare Polyamide, die kristallin sind und eine starke Polarität haben. Die CO- und NH-Gruppen, die aus den Polymerketten herausragen, sorgen durch Wasserstoffbrückenbindungen dafür, dass sich die Polymermoleküle untereinander stark anziehen.
Dadurch steigt einerseits die Glas- und Schmelztemperatur. Andererseits sind die hohe Polarität und die Fähigkeit, Wasserstoffbrücken zu bilden, der Grund dafür, dass Polyamide viel Feuchtigkeit aufnehmen.
Wie alle thermoplastischen Kunststoffe müssen auch Polyamide vor der Verarbeitung gründlich getrocknet werden. Das Trocknen beugt Oberflächenfehlern und Dampfeinschlüssen vor. Unmittelbar nach der Fertigung enthalten Formteile oder Halbzeuge aus Polyamid wegen der vorhergehenden Trocknung keine Feuchtigkeit und sind dadurch hart und spröde.
Allerdings ist ein gewisser Feuchtigkeitsgehalt notwendig, damit die optimale Schlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit gegeben ist. Bei PA 6 und PA 66 liegt dieser Gehalt zum Beispiel bei drei bis vier Prozent.
Formteile und Halbzeuge aus Polyamid werden deshalb konditioniert, indem sie in warmem Wasser oder einer feuchten Atmosphäre gelagert werden. Je nach Dicke der Kunststoffschichten dauert die Wasseraufnahme dann einige Wochen bis mehrere Monate.
FAQ: Polyamid Kunststoff – Neue Entwicklungen, Vergleiche und Standards
Was sind die aktuellen Entwicklungen und Innovationen auf dem Gebiet der Polyamide auf biologischer Basis?
Biobasierte Polyamide stellen eine interessante Entwicklung dar, da sie aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Ein Beispiel ist Polyamid 11 (PA 11), das aus Rizinusöl gewonnen wird. Diese biobasierten Polyamide verfügen über ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Polyamide, weisen aber eine geringere Belastung für die Umwelt auf.
Zur weiteren Verbesserung der Nachhaltigkeit sind auch Polyamide in der Entwicklung, die aus Recyclingmaterial hergestellt werden. Diese Entwicklungen zielen darauf ab, die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu verringern und die Umweltbelastung zu minimieren.
Welche neuen Verbundwerkstoffe gibt es im Bereich der Polyamide und welche Vorteile bieten sie?
Neue Verbundwerkstoffe auf Polyamidbasis, wie z.B. glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Polyamide, bieten verbesserte mechanische Eigenschaften und thermische Stabilität.
Die Werkstoffe verbinden die Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit des Polyamids mit der Festigkeit und Steifigkeit der Faser. Solche Verbundmaterialien sind ideal für hochbelastbare Anwendungen in der Fahrzeug- und Flugzeugindustrie, wo es auf Gewichtsersparnis und Leistungsstärke ankommt.
Wie schneiden Polyamide verglichen mit anderen technischen thermoplastischen Kunststoffen ab?
Polyamide zeichnen sich durch hohe mechanische Festigkeit, Zähigkeit und Abriebfestigkeit aus und eignen sich daher hervorragend für mechanisch beanspruchte Bauteile. Im Vergleich zu Polycarbonat (PC) sind Polyamide flexibler und schlagzäher, aber weniger wärmebeständig. Im Vergleich zu Polypropylen (PP) bieten Polyamide eine höhere Festigkeit und thermische Stabilität, sind aber teurer und nehmen mehr Feuchtigkeit auf.
Polyamide sind vielseitig einsetzbar, die Kunststoffwahl hängt jedoch stark von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab.
Welche Vorteile haben Polyamide gegenüber anderen Kunststoffen in technischen Anwendungen?
Bei Anwendungen, die eine hohe mechanische Festigkeit und thermische Stabilität erfordern, sind Polyamide besonders vorteilhaft. Aufgrund ihrer guten Verschleißfestigkeit und chemischen Beständigkeit eignen sie sich ideal für Teile, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden, wie z. B. im Motorraum von Fahrzeugen.
Sie können auch kurzzeitig hohen Temperaturen standhalten, was sie für elektronische Anwendungen geeignet macht. Außerdem haben sie gute Gleiteigenschaften und sind relativ leicht, was in der Automobilindustrie von Vorteil ist.
Für die Herstellung und Verarbeitung von Polyamiden sind welche internationalen Normen und Standards relevant?
Es gibt eine Reihe von internationalen Normen und Standards, die für die Herstellung und Verarbeitung von Polyamiden relevant sind.
Zum Beispiel gibt es die ISO 1043-1, die die Kurzzeichen für Kunststoffe, einschließlich Polyamide, definiert. Weitere wichtige Normen sind die ISO 1874-1, in der die Bezeichnungen für Polyamide festgelegt sind, und die ASTM D6779, in der die Normen für die Klassifizierung von Polyamiden und die Prüfverfahren für Polyamide festgelegt sind.
Diese Normen gewährleisten weltweit Einheitlichkeit und Qualität bei der Herstellung und Verarbeitung von Polyamiden.
Welche Standards und Normen gelten für die Anwendung von Polyamiden in bestimmten Industriezweigen?
In der Automobilindustrie gelten Normen wie die ISO 11469, die Anforderungen an die Kennzeichnung von Kunststoffen hinsichtlich ihrer Recyclingfähigkeit festlegt. Die UL 94, die die Entflammbarkeit von Kunststoffen bewertet, ist für elektrische und elektronische Anwendungen von Bedeutung.
In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie müssen Polyamide den Anforderungen der FDA oder ISO 10993 entsprechen. Diese Standards gewährleisten, dass die Materialien den spezifischen Anforderungen und Sicherheitsmaßstäben der Branche genügen.
