Polyamide zählen zu den wichtigsten technischen Kunststoffen, die vorzugsweise im Automobilbau sowie der Elektroindustrie und der Elektronik eingesetzt werden. Die einzelnen Polyamidtypen werden allgemein durch das Kurzzeichen PA gekennzeichnet, dem mindestens eine Zahl folgt, z.B PA 6 oder PA 12 (genauere Erläuterungen siehe Aufbau).
Charakteristisch für alle Polyamide ist die Amid-Gruppe (genauer CONH-Carbonsäureamidgruppe). Polyamide werden entweder aus einem oder zwei Ausgangsstoffen hergestellt.
Herstellung aus einem Ausgangsstoff: Kondensationspolymerisation von Aminocarbonsäuren oder ringöffnende Kettenpolymerisation von Lactamen
Beispiele: PA 6, PA 11 und PA 12
Herstellung aus zwei Ausgangsstoffen: Kondensationspolymerisation von Diaminen und Dicarbonsäuren
Beispiele: PA 46, PA 66, PA 69, PA 610 und PA 612
Bei den aliphatischen Polyamiden geben die Zahlen die Anzahl der C-Atome der Ausgangsverbindungen an. Bei einem Ausgangsstoff eine Zahl, bei zwei Ausgangsstoffen zwei - zuerst die Anzahl der C-Atome im Diamin dann die der Carbonsäure.
Zusätzlich werden Polyamide durch eine Reihe von weiteren Zeichen entsprechend ihrer eingesetzter Monomereinheiten, charakterisiert, wie:
I: Isophthalsäure
N: 2,6-Naphthalindicarbonsäure
T: Terephthalsäure
ND: 1,6-Diamino-2,2,4-trimethylhexan
MC: 1,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan
IND: 1,6-Diamino-2,4,4-trimethylhexan
IPD: Isophorandiamin (1-Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan
MTD: m-Toluylendiamin
MXD: m-Xylillendiamin
MACM: 3,3´-Dimethyl-4,4´-diaminodicyclohexylmethan
PTD: p-Toluylendiamin
PAPC: 2,2-Bis(p-aminocyclohexyl)propan
PPGD: Polypropylenglykoldiamin
PBGD: Polybutylenglykoldiamin
PAPM: Diphenylmethan-4,4-diamin
PACM: Bis(p-aminocyclohexyl)methan
TMD 6-3: 2,2,4-Trimethylhexamethylendiamin und 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin.
Durch den Einbau von aromatischen Monomeren in die Polymere kann die Schmelztemperatur deutlich erhöht und die Wasseraufnahme verringert werden.
Weiterhin sind auf dem Markt eine Reihe von Copymerisaten und Blends erhältlich.
Der starke polare Charakter der CONH-Gruppe bewirkt eine Wasserstoff-Brückenbildung zwischen benachbarten Molekülketten. Diese sind für die Zähigkeit, Temperaturformbeständigkeit und den hohen E-Modul der Polyamide verantwortlich.
Aliphatische Polyamide sind teilkristalline Thermoplaste. Hierbei ist der Kristallinitätsgrad abhängig vom Polymeraufbau und auch in erheblichem Maße von den Verarbeitungsbedingungen.
Ein schnelles Abkühlen begünstigt eine niedrige Kristallinität, eine feinkörnige Struktur sowie hohe Zähigkeit. Umgekehrt begünstigt ein langsames Abkühlen große Sphärolithe, hohe Festigkeit, hohen E-Modul, hohe Abriebfestigkeit, und eine geringere Wasseraufnahme.
Hierbei sind Typen mit aliphatischen Segmenten zwischen den CONH-Gruppen hochkristallin, insbesondere wenn die CH2-Ketten des Diamins und der Dicarbonsäure beide geradzahlig und nicht zu verschieden lang sind.
Die Abriebfestigkeit korreliert ebenfalls, wie erwähnt, mit dem Kristallinitätsgrad. Je höher der Kristallinitätsgrad ist, je abriebfester ist das Polyamid. Zusätzlich steigt die Abriebfestigkeit mit der Anzahl der H-Brücken.
Teilaromatische Polyamide sind je nach Momomereinheiten und Zusammensetzung amorph oder teilkristallin.
Zudem können durch den Einbau von aromatischen oder verzeigten Strukturen anstatt der CH2-Segmente transparente Polyamide hergestellt werden. Hierbei entstehen amorphe Polyamide oder solche mit Mikrokristallen, die ebenfalls transparente Eigenschaften besitzen.
Unabhängig von ihrem strukturellen Aufbau sind die Polyamide durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:
+ hohe Festigkeit, Steifigkeit und Härte
+ hohe Wärmeformbeständigkeit
+ sehr gutes, elektrisches Isoliervermögen
+ hoher Verschleißwiderstand, gute Gleit- und Notlaufeigenschaften
+ gute chemische Beständigkeit
+ wirtschaftliche Verarbeitbarkeit
- starke Feuchtigkeitsaufnahme
-> verändert die mechanischen Eigenschaften in großem Maße
Im trockenen Zustand, unmittelbar nach der thermoplastischen Verarbeitung, sind Polyamide hart und relativ spröde. Im Raumklima oder bei Wasserlagerung nehmen Polyamide Wasser auf und werden zäher und abriebfester, der E-Modul sinkt. Gleichzeitig geht die Wasseraufnahme mit Änderungen der Bauteilabmaße (Volumenzunahme) einher. Diese muss bei Konstruktionen berücksichtigt werden.
Generell gilt je höher der CH2-Anteil ist, desto niedriger ist die Wasseraufnahme.
beispielsweise Wasseraufnahme PA 6 > PA 11> PA 12
Um Eigenschaften wie die Festigkeit, den E-Modul und die Wärmeformbeständigkeit zu erhöhen, werden Polyamide mit bis zu 50% Faserwerkstoffen verstärkt, diese sind hauptsächlich Glas- und Kohlenstofffasern. Um die Steifigkeit von Polyamiden zu erhöhen, werden diese mit Glaskugeln, Kreide, Talkum und Siliciumdioxid gefüllt. Gleichzeitig wird dadurch die Schwindung und die Verzugsneigung reduziert.
unverstärkt:
Förderschnecken, Nockenscheiben, Skibindungen, Schnappgehäuse, Schock- und schlagbeanspruchte Teile, Zahnräder, gering belastete Gleitlager, form- und dimensionsstabile Konstruktionsteile, wartungsfreie Lager und Getriebeteile unter Wasser, aromadichte Folien, Formteile für Automobilindustrie (unter der Motorhaube), Kettenspanner, Lagergehäuse, Kupplungsteile, Formteile in der Elektrotechnik, Rohre für Flüssigkeiten, Fasern für Zahnbürsten, Präzisionsdichtungen
verstärkt:
hochbelastete Maschinenelemente, geräuscharme Getriebeeinheiten, stark beanspruchtes Bürstenmaterial, Schrauben, Hebel
Grundsätzlich lassen sich alle Verfahren, die für die Verarbeitung von Thermoplasten bekannt sind, auf Polyamide anwenden. Überwiegend kommen jedoch der Spritzgussprozess und das Extrusionsverfahren zum Einsatz. Große Stückzahlen mit komplexen Bauteilgeometrien werden im Spritzguss wirtschaftlich realisiert, während im Extrusionsverfahren hauptsächlich Halbzeuge hergestellt werden.
Für ungewöhnlich große Formteile oder auch kleine Stückzahlen kann auf das klassische Gussverfahren zurückgegriffen werden. Hierfür werden spezielle Gusspolyamide angeboten.
Polyamid wird ebenfalls zur Herstellung von Fasern im Schmelzespinnverfahren verarbeitet und u.a. für Kleidung, Teppiche, Seile genutzt.
13.10.2015 / DuPont. Am Beispiel eines Motorträgers aus Zytel® Polyamid zeigt DuPont Performance Polymers (DPP) auf der Fakuma 2015, wie präzise sich die Eigenschaften von Kfz-Teilen mit Hilfe der Computersimulation mittels anisotroper Finite-Elemente-Rechnung vorhersagen lassen.
13.10.2015 / DuPont. Das Polyamid Zytel® LCBM6301 und der thermoplastische Elastomer Hytrel® HTR8797 sind die Antworten von DuPont Performance Polymers (DPP) auf den Bedarf der Automobilindustrie für Werkstoffe, die der langzeitigen Einwirkung von Hitze und Abgasen im Bereich von Turboladern widerstehen.
07.10.2015 / BASF. Die neuen Designhighlights in Sachen Stuhl von Vitra, dem Schweizer Möbelhersteller, heißen Belleville. Die neuen Stuhlkreationen bestehen aus zwei separaten Komponenten: Rahmenstruktur und Sitzschale – beides aus dem Polyamid Ultramid® B3EG6 SI der BASF gefertigt und mithilfe des Simulationsinstruments Ultrasim® entwickelt.
13.10.2015 / LANXESS. Mit Durethan BKV 25 FN27 hat der Spezialchemie-Konzern LANXESS ein neues halogenfrei flammgeschütztes Polyamid 6 für elektrische Schaltgeräte wie Leitungsschutzschalter entwickelt.
05.10.2015 / ElringKlinger AG - BASF. Den weltweit ersten thermoplastischen Öltank für Trockensumpfmotoren hat jetzt Hummel-Formen, eine Marke der ElringKlinger AG am Standort Lenningen, entwickelt.
13.10.2015 / Lanxess. Mit XTS3 (Xtreme Temperature Stabilization) hat der Spezialchemie-Konzern LANXESS ein weiteres Hightech-System zur Hitzestabilisierung von Polyamiden der Marke Durethan entwickelt. Es zielt vor allem auf Anwendungen in der Elektrik und Elektronik sowie unter der Motorhaube, speziell im Ölkreislauf.
09.03.2015 SLG Group / BASF. Die SGL Group – The Carbon Company und das Chemieunternehmen BASF haben die gemeinsame Materialforschung eines Composite-Materials als wichtigen Entwicklungsschritt ihrer Kooperation abgeschlossen. Das Materialsystem ermöglicht die kosteneffiziente Herstellung von thermoplastischen Carbonfaser-Verbundwerkstoffen beispielsweise im Injektionsverfahren (T-RTM: thermoplastisches Resin Transfer Molding) sowie im reaktiven Spritzguss.
05.03.2015 / ContiTech erobert mit seiner Leichtbaukompetenz weitere Einsatzbereiche, in denen bislang Metall vorherrschte. Der Lagerungsspezialist aus Hannover, Deutschland, hat erstmals einen Getriebequerträger aus dem glasfaserverstärktem Polyamid BASF Ultramid für die Hinterachse entwickelt, der in der S-Klasse von Mercedes-Benz eingesetzt wird.
23.02.2015 / EVONIK. Strenge Regularien für den Brandschutz von Kabelmaterial gewinnen bei Ausschreibungen für öffentliche Gebäude immer mehr an Bedeutung. Für Lichtwellenleiter bietet Evonik Industries, Essen, nun eine neue, halogenfreie Polybutylenterephthalat (PBT)-Formmasse mit hervorragenden Brandschutzeigenschaften an (HFFR).
9. 12.2014 / ERG EHL. Mit EHLamid®-TM erweitert die ERG EHL Rohstoff GmbH ihre Produktpalette um strahlenvernetzbare PA-Compounds.
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