Polyamide

Polyamide (Kurzzeichen PA) ist ein Sammelname für mehrere Polymere, die in ihrem chemischen Bau die Amid-Gruppe [-NH-CO-] aufweisen. Aliphatische Polyamide bilden die größte Gruppe der Thermoplaste mit einem sehr breiten Anwendungsspektrum.

Eigenschaften

Die lineare Hauptkette aliphatischer Polyamide ist gemischt und aus Kohlen- und Stickstoffatomen aufgebaut. Aliphatische Polyamide sind teilkristallin. Die Kristallinität ist beim langsamen Abkühlen besonders ausgeprägt, es bilden sich sog. Sphärolite. Mechanische Eigenschaften sind vom Kristallinitätsgrad abhängig. Im schwach kristallinen Zustand sind Polyamide zäh und flexibel, dann werden sie (bis 60% kristallin) hart und abriebfest. Die Festigkeit steigt mit dem Kristallinitätsgrad und mit der Zahl der Amid-Gruppen. Einige Kennwerte von aliphatischen Polyamiden sind in Tab. 1 aufgelistet.  

Tab. 1 Kennwerte von aliphatischen Polyamiden (Alle Angaben im trockenen Zustand)        

Polyamid - Sorte PA6 PA GF430
 Dichte  1,14 g/cm3 1,36 g/cm3
 E-Modul  3.000 MPa 9.000 MPa
 Zugfestigkeit   80 MPa 175 MPA
 Kugeleindruckhärte H961/30  150 MPa 220 MPa
 Kerbschlagzähigkeit nach Charpy bei 23°C  5 kJ/m² 15 kJ/m2
 Schmelztemperatur  220 °C 220 °C
 Wärmebeständigkeit HDT/B  160 °C 220 °C
 Dauergebrauchstemperatur max.  90 °C 130 °C

Ihre Gebrauchstemperatur ist von der chemischen Struktur abhängig und kann unterschiedlich sein. Meist beträgt sie ca. 100°C, bei der Sorte PA12 kann sie kurzzeitig 200°C erreichen. Die Chemikalienbeständigkeit von Polyamiden ist begrenzt. Sie neigen zur Wasseraufnahme, die bei der Sorte PA6 3% bei Normalklima beträgt. Die Wasseraufnahme verschlechtert die mechanischen Eigenschaften stark, so dass die Festigkeit nur die Hälfte der Festigkeit des trockenen Zustands betragen kann. Daher muss bei den Kennwerten beachtet werden, ob sie für trockene oder luftfeuchte Bedingungen gelten. Vorteilhaft sind die sehr guten Gleit- und Reibeigenschaften der Polyamide, die ihren Einsatz als Lagerwerkstoffe (unter Berücksichtigung der Wärmebeständigkeit) ermöglichen. Polyamide sind sehr zäh, einige Sorten sind unzerbrechlich.
Polyamide lassen sich gut bearbeiteten und sehr gut zu Fasern verspinnen (Handelsname Nylon). Die Masse der Polyamide wird für die Herstellung von Synthesefasern verwendet. Aus den Fasern werden technische Garne, Teppichgarne, Gewebe, Vliese u. a. produziert.

Kurzzeichen der Polyamide

Die Kurzzeichen für aliphatische Polyamide bestehen aus den Buchstaben „PA“ sowie darauf folgenden Zahlen. Die Zahlen geben die Anzahl der Kohlenstoffatome in den Monomer-Einheiten an und werden in Bezug auf die Monomerarten festgelegt. Einige wichtige Vertreter sind in der DIN EN ISO 1043-1 genormt.
Durch Zugabe verschiedener Zusatzstoffe wie z. B. Glasfaser, Glaskugeln, Molybdänsulfid oder auch Kohlenstofffasern ergibt sich eine Vielfalt von ca. 50 Polyamid-Sorten, die sich an bestimmten Eigenschaften unterscheiden. Die Sorten mit Glasfasern haben verbesserte mechanische Eigenschaften (vgl. Tab. 1).

Anwendung

Polyamide sind die am meisten verwendeten Polymere im technischen Bereich. Eine Liste möglicher Anwendungen wäre sehr lang. Bedingt durch ihre Schlagzähigkeit und Abriebfestigkeit, werden sie u.a. für Zahnräder, Wälzlagerkäfige, Gleitlager, Schrauben und Radblenden verwendet. Eine Wellenkupplung (Abb. 1a) aus Polyamid, die eine einem Stirnradschneckengetriebe eingesetzt wird, dient hier als Anwendungsbeispiel. Sie gehört zur Antriebwelle und ermöglicht die Verbindung der Welle mit der Motorwelle.

               

   Abb. 1 Anwendungsbeispiele für Polyamide a) Wellenkupplung, b) Bänder und Dübel, c) Fischernetze

Bänder und Dübel (Abb. 1b) sind zwei gut bekannte Anwendungen von Polyamid. Eine andere Anwendung sind beispielsweise Fischernetze (Abb. 1c). In den 1960er Jahren haben Fischernetze aus Nylon die Baumwollnetze verdrängt. Nylon ist durchsichtig, auch können feine Fadenstärken (bis 0.12mm Durchmesser) verwendet werden, die von den Fischen nur schwer zu sehen sind. Ein weiterer Vorteil: Nylonnetze brauchen nicht getrocknet zu werden.
Neben den aliphatischen Sorten gibt es auch aromatische Polyamide, die fast ausschließlich zu Fasern versponnen werden (Handelsname Kevlar).