nach oben
Meine Merkliste
Ihre Merklisteneinträge speichern
Wenn Sie weitere Inhalte zu Ihrer Merkliste hinzufügen möchten, melden Sie sich bitte an. Wenn Sie noch kein Benutzerkonto haben, registrieren Sie sich bitte im Hanser Kundencenter.

» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.
Ihre Merklisten
Wenn Sie Ihre Merklisten bei Ihrem nächsten Besuch wieder verwenden möchten, melden Sie sich bitte an oder registrieren Sie sich im Hanser Kundencenter.
» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.

« Zurück

Ihre Vorteile im Überblick

  • Ein Login für alle Hanser Fachportale
  • Individuelle Startseite und damit schneller Zugriff auf bevorzugte Inhalte
  • Exklusiver Zugriff auf ausgewählte Inhalte
  • Persönliche Merklisten über alle Hanser Fachportale
  • Zentrale Verwaltung Ihrer persönlichen Daten und Newsletter-Abonnements

Jetzt registrieren
English
Merken Gemerkt
Technische Kunststoffe - Polyamid (PA)

Polyamide (PA)

Auszug aus
Georg Abts

Kunststoff-Wissen für Einsteiger

09/2016, 264 Seiten, € 35,00
ISBN: 978-3-446-45041-7
S. 114-117

Polyamide werden in sehr großen Mengen zu Fasern verarbeitet, zählen aber auch zu den wichtigsten technischen Thermoplasten. Es sind zähe Materialien mit hoher Festigkeit und Steifigkeit, ausgezeichneter Schlagzähigkeit sowie guter Abrieb- und Verschleißfestigkeit.

Polyamide haben eine relativ niedrige Glastemperatur und werden daher oft mit Glasfasern verstärkt. Neben der Erhöhung von Festigkeit und E-Modul steigt hierdurch die Dauergebrauchstemperatur deutlich an. Die Einsatzgrenzen reichen je nach Aufbau der Polyamide von etwa –30 °C (PA 11 und PA 12: –70 °C) bis über +100 °C, kurzfristig sind Temperaturen von etwa 140 bis 180 °C und darüber möglich (PA 46: bis zu 280 °C).

Eigenschaften

Im Vergleich zu anderen Thermoplasten nehmen Polyamide relativ viel Wasser auf (je nach Typ bis etwa 3,7 %, andere Thermoplaste liegen deutlich unter 1 %). Hiermit ist eine Volumenzunahme von bis zu 0,3 % pro 1 % Wasseraufnahme verbunden, die bei der Werkzeugauslegung berücksichtigt werden muss. Polyamide sind polar und gegen verdünnte Laugen, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Kraftstoffe sowie gegen Alkohole, Ester, Ketone, Fette und Öle beständig. Sie sind unbeständig gegenüber starken Säuren – sie werden bereits von konzentrierter Ameisensäure bei Raumtemperatur angegriffen – und Basen sowie gegenüber chlorierten Kohlenwasserstoffen. Bei höheren Temperaturen kann Hydrolyse auftreten. Polyamide sind jedoch diesbezüglich weniger anfällig als Polyester.

Die elektrischen Isoliereigenschaften von Polyamiden sind nur mäßig. Polyamide, insbesondere PA 12, sind wenig anfällig für Spannungsrisse. Bei Einsatz im Freien sollten Polyamide gegen den Einfluss der UV-Strahlung stabilisiert werden. PA 12 besitzt bei entsprechender Stabilisierung bereits eine gute Witterungsbeständigkeit. Polyamide sind in Abhängigkeit von ihrem Aufbau opak (undurchsichtig) bis durchsichtig. Es ist möglich, glasklar transparente Folien herzustellen. Der von den Einsatzbedingungen abhängige Feuchtegehalt beeinflusst wie der herstellbedingte Kristallisationsgrad sowie Art und Menge der eingesetzten Additive die mechanischen Eigenschaften und die chemische Beständigkeit.

Die Bezeichnung Polyamid leitet sich von der typischen Struktur eines Carbonsäureamids ab. In der Biochemie findet man die gleiche Struktur in Peptiden und Proteinen. Peptide sind organische Verbindungen aus mehreren Aminosäuren. Bei mehr als 100 miteinander verknüpften Aminosäuren spricht man von Proteinen. Der überwiegende Anteil der Polyamide wird auf Basis aliphatischer Kohlenwasserstoffe hergestellt. Ihre Bezeichnung richtet sich nach der Anzahl an Kohlenstoffatomen in den verwendeten Ausgangsstoffen.

Bild 1: Grundstruktur von Polyamiden aus einem Ausgangsstoff, nach [22]

Herstellung

Aliphatische Polyamide werden entweder auf Basis von einem oder zweier Ausgangsstoffe hergestellt (Bild 1). Im ersten Fall sind die Ausgangsstoffe Lactame (cyclische Carbonsäureamide) oder ω-Aminocarbonsäuren (Carbonsäuren mit einer Aminogruppe am von der Carbonsäurefunktion am weitesten entfernten C-Atom). Das für PA 6 verwendete ε-Caprolactam wurde vom Erfinder der Polyamide, W. H. Carothers, sogar als Ausgangsstoff ausgeschlossen. Bei zwei Ausgangsstoffen verwendet man Kombinationen aus Diaminen und Dicarbonsäuren. Die Bezeichnung erfolgt dann in genau dieser Reihenfolge (Bild 2).
Durch Kondensationspolymerisation entstehen dabei lineare Polyamide. Sie sind kristallin und besitzen eine starke Polarität. Die aus den Polymerketten herausragenden CO- und NH-Gruppen bewirken durch Wasserstoffbrückenbindungen eine starke Anziehung von Polymermolekülen untereinander, was eine Erhöhung von Glas- und Schmelztemperatur verursacht (Bild 3). Gleichzeitig sind die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrücken und die hohe Polarität allerdings auch die Ursache für die hohe Feuchtigkeitsaufnahme der Polyamide.

Bild 2: Grundstruktur von Polyamiden aus zwei Ausgangsstoffen, nach [22]

Wie alle Thermoplaste müssen auch Polyamide vor der Verarbeitung gründlich getrocknet werden, um Oberflächenfehler oder Dampfeinschlüsse zu vermeiden. Daher enthalten aus Polyamiden hergestellte Formteile oder Halbzeuge unmittelbar nach der Verarbeitung keine Feuchtigkeit und verhalten sich hart und mehr oder wenige spröde. Für optimale Schlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit ist jedoch ein bestimmter Feuchtegehalt (beispielsweise 3 bis 4 % bei PA 6 und PA 66) erforderlich. Daher werden Formteile und Halbzeuge durch Lagerung in warmem Wasser oder feuchter Atmosphäre konditioniert. Je nach Schichtdicke kann die Wasseraufnahme Zeiten von mehreren Wochen bis Monaten in Anspruch nehmen.

Bild 3: Wasserstoffbrückenbildung bei Polyamiden


Anwendungsbeispiele

Polyamide haben aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit viele Metallteile im Fahrzeugbau verdrängt, was ihr Haupteinsatzgebiet ist. Anwendungsbeispiele sind Lampengehäuse, starre Kraftstoffleitungen und -Tanks, Gas- und Kupplungspedale. Glasfaserverstärkte Polyamide weisen eine deutlich höhere Wärmeformbeständigkeit als unverstärkte Typen auf und werden aufgrund ihrer guten Ölbeständigkeit für viele Anwendungen im Kfz-Motorraum eingesetzt. Aufgrund der Gewichtsersparnis und der Möglichkeit zur rationellen Fertigung hochbelastbarer Teile mit komplizierten Geometrien werden glasfaserverstärkte Polyamide auch in Hybridbauweise (Kombination unterschiedlicher Werkstoffe) mit Stahl und neuerdings Aluminium für Strukturbauteile wie etwa Stossfänger eingesetzt. Strukturbauteile haben eine für die Struktur des Fertigteils tragende Funktion, beispielsweise Karosserieteile bei Fahrzeugen.

Eine weitere typische Anwendung sind Gehäuse von Elektrowerkzeugen. Polyamide werden auch als Gehäusematerial für elektronische Bauelemente verwendet, da sie sich mit halogenfreien Flammschutzmitteln ausrüsten lassen und kurzfristig Temperaturen bis über 260 °C, wie sie beim Löten der Bauelemente auftreten, ohne wesentliche Formänderung erlauben. Andere Einsatzgebiete sind Filter- und Pumpengehäuse, spezielle Dichtungen und Treibriemen sowie Gleitlager.

In der Feinmechanik werden Polyamide zur Herstellung von Zahnrädern, Rollen, Schrauben und Muttern verwendet. Polyamide dienen auch als Werkstoff für Filtergewebe, z. B. bei Dialysefiltern. PA 12-Pulver wird zum Rapid Prototyping durch Lasersinterung verwendet. PA-RIM, ein Blockcopolymer mit Nylon, lässt sich nach dem Reaktionsgießverfahren (RIM = Reaction Injection Molding) verarbeiten und wird ebenfalls für die Herstellung von Prototypen eingesetzt. PA 6 und PA 12 sind mit etwas höherer Molmasse auch als Gusstypen (PA 6-G, PA 12-G) verfügbar.

Auszug aus
Georg Abts

Kunststoff-Wissen für Einsteiger

09/2016, 264 Seiten, € 35,00
ISBN: 978-3-446-45041-7
S. 114-117
Literaturhinweis

[22] Kaiser, W. (2006): Kunststoffchemie für Ingenieure . München: Hanser, ISBN: 3-446-22069-0

Diese Beiträge könnten Sie auch interessieren
keine Kommentare
Diesen Artikel kommentieren





Newsletter

Sie wollen keine Kunststoffe-News verpassen?
Hier kostenlos anmelden


Beispiel-Newsletter ansehen