Polyamid (PA)

Polyamide sind künstlich hergestellte Polymere, die aus sich wiederholenden Einheiten von Amino- (–NH–) und Carbonylgruppen (–CO–) aufgebaut und den Thermoplasten zuzuordnen sind. Diese Struktur verleiht ihnen einzigartige Eigenschaften.

Die Herstellung von Polyamiden erfolgt hauptsächlich durch Polymerisationsprozesse, insbesondere die Stufenwachstumspolymerisation. Zwei der gebräuchlichsten Polyamide sind PA6 und PA66:

- PA6 wird durch die Polymerisation von Caprolactam hergestellt, einem Monomer, das durch Direktpolymerisation entsteht.

- PA66 entsteht durch die Reaktion von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure.

Diese Verfahren ermöglichen die Produktion von Polyamiden mit spezifischen Eigenschaften, die auf die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen zugeschnitten sind.

Alle Polyamide, darunter insbesondere Polyamid 6 (PA6), eignen sich für den Spritzguss. Dieser ist mitunter das gebräuchlichste Fertigungsverfahren für industrielle Teile aus Polyamid. Das Polyamid PA66 genießt beim Spritzguss eine etwas höhere Temperaturbeständigkeit, sodass es bei auch Gusstemperaturen von 250 - 290°C verwendet werden, während für PA6 eine Zylindertemperatur von max. 220- 250°C geeignet ist. Die Werkzeugtemperatur liegt für beide Polyamide bei etwa 50 - 90°C. Je wärmer das Werkzeug ist, desto besser wird in der Regel das Finish der Oberfläche der Teile. Zudem ist ein Einspritzdruck von bis zu 1500 bar empfehlenswert. Nach dem Spritzguss sollten die Teile sorgfältig gekühlt werden, um Verzug zu minimieren. Optional können die Teile während des Herstellungsprozesses auch glasfaser- bzw. glaskugelverstärkt wird, indem das Zusatzmaterial in das PA-Spritzgussgranulat beigemischt werden. Dadurch kann Verzug verringert und die Formstabilität der Teile erhöht werden.

Teile aus Polyamid werden vor allem dann per Extrusion hergestellt, wenn es sich z.B. um Rohre, Platten, Profile oder Monofilamente handelt. Am besten eignet sich das PA66 für die Extrusion. Die Trocknung bzw. Kühlung ähnelt sich den Prozessen im Spritzguss. Extrudierte Polyamid Produkte zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Härte und Zähigkeit aus. Darüber hinaus haben sie eine hohe Temperaturbeständigkeit mit einem Breich von -40 bis +100°C. Hervorzuheben ist zudem, dass die Teile eine gute Beständigkeit gegenüber organischen Lebensmittel und Kraftstoffen aufweisen, sodass sie häufig in der Automobil- oder Verpackungsindustrie eingesetzt werden.

Extrusionsblasen mit Polyamiden wird häufig für die Herstellung von Tankbehältern und und anderen hohlen Formteilen verwendet. In den letzten Jahren gewinnt dieses Verarbeitungsverfahren zunehmend an Bedeutung und ist insbesondere im Automobilsektor nützlich. Geeignet für dieses Verfahren sind insbesondere die Polyamide PA6 und PA66, da diese über eine bessere Zähigkeit und geringere Feuchtigkeitsaufnahme verfügen. Häufig werden die Formteile zudem glasfaserverstärkt, um eine bessere Stabilität zu erzielen. Bei diesem Verfahren ist eine Vortrocknung besonders wichtig, da von der Feuchtigkeit des Materials u.a. die Schlauchstabilität als auch die Oberflächenqualität abhängen. Vor allem bei der Herstellung von Tank- und Druckbehältern kann zusätzlich Durethan zum Einsatz kommen, was aber zusätzliche Verarbeitungshinweise mit sich bringt.

Die Herstellung von Polyamidfolien ist insbesondere für die Verpackungsindustrie relevant. Sie werden hauptsächlich durch Gießverfahren (Cast-Verfahren)oder Extrusion hergestellt. Dabei kommt die "Chill-Roll"-Methode zum Einsatz. Das Polyamidgranulat wird zunächst geschmolzen, und dann entweder als geschmolzene Masse auf eine Kühlwalze gegossen oder aus einer Düse extrudiert und dann auf die gekühlte Walze gegeben. Auf der dieser Walze kühlt dann die Polyamidmasse ab und es formt sich die Folie. Die Eigenschaften der Walze beeinflussen maßgeblich die Folieneigenschaften. Je nach Geschwindigkeit der Abkühlung, der Walze und der Anzahl der Walzen und Schichten können somit verschiedene Dicken und Längen hergestellt werden. Die hochflexible Fertigung erlaubt die Herstellung von verschiedensten Folien, die z.B. als Verpackungen für Lebensmitteln oder industriellen Verpackungen dienen können.

Polyamid ist ein Schlüsselwerkstoff in der Automobilindustrie. Es wird für Motorabdeckungen, Luftansaugkrümmer, Tankleitungen, Steckergehäuse und Befestigungsclips verwendet. Dank seiner hohen Temperaturbeständigkeit, Festigkeit und Chemikalienresistenz eignet sich Polyamid ideal für Bauteile im Motorraum sowie für Kraftstoff- und Kühlsysteme. Besonders PA66 wie im Bild als Entlüftungsschlauch-Anschluss und PA12 sind hier etabliert.

Polyamid wird in vielen Alltagsprodukten eingesetzt – von Zahnbürsten und Dübeln bis hin zu Textilfasern für Kleidung und Teppiche. Aufgrund seiner hohen Festigkeit, Abriebfestigkeit und Hitzebeständigkeit eignet sich Polyamid besonders gut für langlebige, mechanisch beanspruchte Konsumgüter. Auch in Küchengeräten, Sportartikeln oder Werkzeuggriffen findet es häufig Verwendung.

In der Verpackungsindustrie ist Polyamid vor allem als Folienmaterial gefragt. PA-Folien zeichnen sich durch ihre hohe Reißfestigkeit, gute Sauerstoffbarriere und Thermobeständigkeit aus. Sie kommen oft in Kombination mit anderen Materialien (z. B. PE, EVOH) für Vakuumverpackungen, Kochbeutel oder Lebensmittelverpackungen zum Einsatz. Besonders PA6 und PA66 werden für mehrschichtige Folienstrukturen genutzt.

Polyamide wie PA6, PA66, PA12, PA11, PA46 und PA610 unterscheiden sich in ihren mechanischen und chemischen Eigenschaften teils deutlich. PA66 und PA46 zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit aus, während PA12 und PA11 flexibler und leichter sind. Auch die Schmelzpunkte variieren stark: PA46 liegt mit knapp 300 °C an der Spitze, PA12 und PA11 schmelzen schon bei etwa 175–185 °C. PA6 und PA66 nehmen relativ viel Feuchtigkeit auf, was die Maßhaltigkeit bei feuchter Umgebung einschränken kann.

Chemisch beständig sind vor allem PA12 und PA11 – ideal für Anwendungen mit langem Medienkontakt, etwa in der Automobil- oder Verpackungsindustrie. PA610 bietet ein gutes Mittelmaß zwischen chemischer Resistenz und Verarbeitbarkeit. PA46 punktet mit thermischer Belastbarkeit, ist jedoch schwieriger zu verarbeiten. Besonders nachhaltig ist PA11, das biobasiert und feuchtigkeitsresistent ist.

Daraus ergeben sich zumindest auf Basis der Eigenschaften klare Einsatzfelder: PA6 und PA66 eignen sich in der Theorie für mechanisch belastete Maschinenteile, werden jedoch mit Abstand am häufigsten in der gesamten Industrie aufgrund ihrer Kosteneffizienz und einfachen Herstellung eingesetzt. PA12 und PA11 sind ideal für flexible Schläuche und Verpackungen. PA46 findet Einsatz in hitzebeständigen Präzisionsbauteilen, während PA610 in strukturellen Anwendungen wie Haushaltsgeräten oder landwirtschaftlicher Technik überzeugt. Letztendlich bleibt die Wahl des Polyamids natürlich sehr individuell, und ist insbesondere auch an Anforderungen, Preis und Beschaffbarkeit gekoppelt.