Polyamid (PA)
Physikalisch – mechanische Eigenschaften von Polyamid
Normales Polyamid (1,07-1,14 g/cm³) ist ein mittelschwerer, teilkristalliner technischer Allroundthermoplast. Polyamid hat eine relativ hohe Wasseraufnahme (hygroskopisch), die je nach Polyamid-Typ und Anwendung werksseitig durch Konditionieren (Warmwasserlagerung) der Formteile dem Umgebungsklima angepasst wird, soweit eine Diffusion der Luftfeuchtigkeit nicht ausreicht. Erst dann weist normales Polyamid seine gute Zähigkeit, sehr gute Kerbschlagzähigkeit und gute Spannungsrissbeständigkeit (bei verringerter Härte und Festigkeit und bei Volumenänderung/Maßänderung) auf, die in vielen Fällen schon bei der Montage der Artikel gegeben sein muss. Beachtliche Festigkeitssteigerungen sind durch das Verstrecken von Polyamidfasern zu erreichen:
Schematische Darstellung von Polyamid
Polyamid zeichnet sich durch hohe Zeitstandfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Abriebfestigkeit und Schwingungsdämpfung aus. Glasfaserverstärktes Polyamid weist einen höheren E-Modul und eine höhere Festigkeit auf. Das Abriebverhalten bei Polyamid ist gut, bei Lageranwendungen ergibt ein Zusatz von MoS2 oder PTFE/Silicon ein ausgezeichnetes Gleit- und Notlaufverhalten.
Der Kunststoff PA lässt sich sägen, bohren, drehen, schleifen, polieren, schweißen (siehe thermische Eigenschaften), lackieren und bedrucken.
Hinweis:
Wurden Artikel aus Polyamid einmal nicht in der verschlossenen originalen Verpackung gelagert, sondern trocken und warm, sollten sie vor der Montage 24 – 48 h in warmem Wasser gelagert werden. Wegen der Wassereinlagerung dürfen Polyamidteile nicht im gefrorenen Zustand montiert werden. Die tatsächliche Eigentemperatur der Artikel im Kernbereich muss > 4 °C betragen. Artikel, die in der Originalverpackung auf dem Transportweg oder bei der Lagerung eine Eigentemperatur unter 4 °C angenommen haben, müssen vor der Montage originalverpackt wieder eine Kerntemperatur > 4 °C annehmen (dies kann je nach Umgebungstemperatur 24-48 h dauern).
Optische und chemische Eigenschaften von PA
Polyamide lassen sich anhand der in ihren Polymerketten enthaltenen Anzahl von polaren Amidgruppen u.a. in die folgenden Grundtypen einteilen: 4.6, 6, 6.6, 6.10, 11, 12.
Nicht eingefärbtes Polyamid weist je nach Typ eine gelblich-weiße, schwach weiße oder wässerig-weiße Eigenfarbe auf und ist nahezu beliebig färbbar. Polyamid vergilbt durch Alterung und UV-Bestrahlung. Daher ist eine Langzeit-Farbkonstanz bei naturfarbenen Artikeln meist nicht gegeben.Bei zunehmender Kristallinität weist Polyamid eine gute Resistenz gegen aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Benzin, Öle, Fette, einige Alkohole, Ester, Ketone Ether, organische und anorganische Basen bis zu mittleren Konzentrationen, chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Tetrachlorkohlenstoff, Freon, Frigen, sowie Farben und Lacke auf. Chloroform und Methylenchlorid bewirken eine starke Quellung. Alkohole wie Methanol und Äthanol wirken ähnlich wie Wasser oder Meerwasser (leichte Quellung, geringfügige Reduzierung der mechanischen Festigkeiten). PA ist nicht beständig gegen Lösungen von Oxidationsmitteln, Mineralsäuren, Ameisensäure, starke Laugen, Phenole, Kresole und Glykole.
Witterungs- und Altersbeständigkeit von PA
Polyamid ist ausreichend alterungs- und witterungsbeständig. Bei Außenanwendung kann durch gezielte Einfärbung, z.B. mit Ruß, die Beständigkeit erhöht werden. Bei glasfaserverstärktem Polyamid hat die Oberflächenvergrößerung durch die Glasfasern eine stärkere Beanspruchung der Außenflächen zur Folge, welche die mechanischen Eigenschaften aber nicht nennenswert beeinflusst. Die Zugabe von geeigneten UV-Stabilisatoren (HALS*) kann die Außenanwendbarkeit von PA-Formteilen mit beliebigen Einfärbungen auf Jahrzehnte ausreichend stabilisieren.
*) = HALS (Englisch –hindered amine light stabilizer) absorbieren keine UV-Strahlung, sondern hemmen den Polymerabbau durch kontinuierliche und zyklische Beseitigung von Radikalen, die durch Photooxidation des Polymers entstehen
Sondereinstellungen und Produktbereiche
Um Polyamid weitere erforderliche Eigenschaften zu verleihen, können dem Material verschiedene Stoffe hinzugefügt werden. Beispielsweise werden Glasfasern und andere Füllstoffe verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen,
MoS2 und PTFE/Si werden genutzt, um ein sehr gutes Gleitverhalten zu erreichen. Verschiedene Stabilisatoren und leitfähige Substanzen werden beigefügt, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.
PA wird für Fasern, Gewebe, Rohre, Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, Zahnräder, Tür- und Möbelbeschläge, Gleitlager, Gleitelemente, Lagerbuchsen, Lüfterräder, Pumpengehäuse und Filterkörper verwendet.
Thermische Eigenschaften von Polyamid
PA 6 und PA 6.6 sind kältebeständig bis mindestens -30 °C und dauerwärmebeständig bis höchstens +105 °C, PA 6.6 bis maximal +120°C. PA 11 und PA 12 sind kältebeständig bis mindestens -50 °C und dauerwärmebeständig bis höchstens +80 °C. Durch Zusatz von Stabilisatoren sowie Weichmachern kann die Kälte- bzw. Wärmebeständigkeit auf Werte von -60 °C bzw. +110 °C, kurzzeitig bis 160 °C erhöht werden. Gluteigenschaften und Wärmeformbeständigkeit sind bei normalem Polyamid gut. Bei glasfaserverstärktem Polyamid stellt sich durch die Dochtwirkung der Glasfasern eine mäßige Brennbarkeit ein.
Die Wärmeformbeständigkeit ist noch besser, als bei unverstärktem PA. Auch unter zunehmender Wärmeeinwirkung zeichnet sich Polyamid durch seine gute Maßhaltigkeit aus. Bei glasfaserverstärktem PA fällt die Ausdehnung noch geringer aus. Abhängig von der Belastung und der Gestalt der Artikel sind diese Dauergebrauchstemperaturen zwischen ca. -40°C und 80-120°C aussetzbar. Polyamid beginnt sich oberhalb von 300°C zu zersetzen. Eine Entzündung erfolgt ab ca. 450-500°C. Dabei brennt es schwach mit deutlichem Geruch nach verbranntem Horn und tropft knisternd ab, zieht Fäden und verlöscht zumeist nach kurzer Zeit. Kurzzeitig kann PA 6 auch Temperaturen bis 200°C widerstehen und Polyamid 6.6 mit 50% Glasfasern kann sogar Temperaturen bis 250°C kurzzeitig widerstehen.
Physiologisches- und Fügeverhalten von Polyamid
Bei längerer Hitzeeinwirkung ist der Kontakt mit wasserhaltigen Lebensmitteln bedenklich. Trockene, unverstärkte Spritzgussteile aus Polyamid lassen sich gut und mit hoher Festigkeit Ultraschallschweißen, Reib- oder Vibrationsschweißen und Heizelementschweißen. Feuchtigkeit und Glasfasern reduzieren die Schweißgüte. Zum Kleben eignen sich besonders auf Polyamid abgestimmte Lösungsmittel, Lacke auf Phenol- oder Resorcinbasis, konzentrierte Ameisensäure, Haftklebstoffe und Cyanatkleber.
Anwendungsbeispiele
Gehäuse von Elektrowerkzeugen, Gehäusematerial für elektronische Bauelemente, Filter- und Pumpengehäuse, spezielle Dichtungen, Treibriemen, Gleitlager, Zahnrädern, Rollen, Schrauben und Muttern.
Bei b-plastic werden beispielsweise folgende Produktgruppen aus PA hergestellt: