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Thermoplaste

Polyamid

Polyamide sind so genannte Faserpolymere mit sehr großer wirtschaftlicher Bedeutung. Polyamide enthalten in der Hauptkette die Gruppierung -CO-NH-, die Amidgruppe.

Abb.1
Die Amidbindung

Zu den natürlichen Polyamiden zählen Peptide und Proteine wie z.B. Haare, Wolle, Seide und Eiweiß.

Polyamide mit der Kurzbezeichnung PA sind unter der Bezeichnung Nylon bekannt. Dabei handelt es sich nicht nur um Synthesefasern, sondern auch um thermoplastische Kunststoffe (Formmassen) mit vorwiegend linearer Polymerstruktur.

Infolge von Ausbildung zwischenmolekularer Kräfte zwischen Amidgruppen der PA-Makromoleküle entstehen teilkristalline Strukturen, in denen die hervorragenden thermischen und mechanischen Eigenschaften der Polyamide begründet sind.

Eigenschaften der Polyamide

Mit den vielen Möglichkeiten spezieller chemischer Strukturen zwischen den Amidgruppen sind heute PA-Typen mit stark unterschiedlichen Eigenschaften herstellbar. Sie reichen von hochkristallinem Aufbau mit Schmelztemperaturen von 85 °C bis 320 °C bis zu unregelmäßigen Gefügen mit Seitengruppen oder anderen sterisch hindernden Atom-Gruppierungen zwischen den Amidgruppen der PA-Polymerkette, die durch Reduktion der Anzahl von Wasserstoffbrücken zu nichtkristallinen Strukturen führen. Damit entstehen amorphe Polyamide, die eine hohe Lichtdurchlässigkeit mit stark unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen.

Aliphatische Polyamide sind meistens milchig weiß, aromatische wasserklar. Sie können mit anorganischen Pigmenten beliebig eingefärbt werden. Die Glasübergangstemperatur der Aliphaten liegt zwischen 49 °C (PA 11, 12) und 70 °C (PA 66), ihre Erweichungstemperatur meist zwischen 200 und 260 °C. Aromaten haben höhere Glasübergangs- und Schmelztemperaturen. Gegen Alkalien und viele organische Lösemittel, Kraftstoffe und Öle sind sie beständig, nicht jedoch gegen konzentrierte Säuren, Oxidationsmittel, Lichtstrahlung und Phenole. Sie schmelzen und tropfen in der Flamme, brennen leuchtend und riechen nach verbranntem Horn. Die mechanischen Eigenschaften hängen vom jeweiligen Feuchtigkeitsgehalt des Materials ab. Ihre oft relativ hohe Wasseraufnahme wirkt sich negativ auf die Maßhaltigkeit von Gefäßen und Formteilen aus. Im trockenen Zustand sind alle Polyamide hart und spröde. Erst nach einer Konditionierung (mit Wasser bei erhöhter Temperatur in Polyurethansäcken) werden sie zäh und verschleißfest.

Polyamide sind gesundheitlich unbedenklich, können aber durch Tee, Kaffee und Fruchtsäfte verfärbt werden.

1994 wurden weltweit 3,8 Millionen t Polyamide zu Fasern und 1,1 Millionen t zu Formmassen verarbeitet.

Durch nachträglich eingearbeitete Verstärkungsmittel oder Weichmacher und Flexibilisatoren in Polyamide sind Steifigkeiten zwischen hoher Flexibilität mit Elastizitätsmodul von 100 MPa und metallähnlicher Festigkeit mit Elastizitätsmodul von 31.000 MPa einstellbar. Durch Zusätze und Mischungen mit anderen Polymeren sind über tausend weitere, für spezifische Anwendungen maßgeschneiderte PA-Typen zugänglich.

Polyamide haben als Thermoplaste für die Herstellung von Werkstoffen und Folien große technische Bedeutung. Sie sind schlagzäh, abriebfest, gut verarbeitbar, wärmeformbeständig, elektrisch isolierend, schwingungsdämpfend und verfügen über gute Gleit- und Notlaufeigenschaften (also Aufrechterhaltung der Gleitfähigkeit beim Auftreten ungünstiger Schmierungsbedingungen während einer begrenzten Zeitspanne).

Polyamide, die als thermoplastische Formmassen eingesetzt werden, weisen einen höheren Polymerisationsgrad auf als Faserstoffe. Wie bei den Fasern haben auch bei den Werkstoffen Perlon und Nylon die größte Bedeutung. Daneben werden oft auch PA 610, PA 612, PA 11 und PA 12 verwendet.

Verarbeitet werden diese Materialien durch Spritzgießen, Extrudieren und Hohlkörperblasen. Vor diesen Prozessen muss das Polyamid getrocknet werden. Anschließendes 10- bis 20-stündiges Tempern in heißem Spezialöl (140 bis 170 °C) vermeidet innere Spannungen.

Halbzeuge können spanend verarbeitet werden. Man kann sie verschweißen, verkleben, bedrucken, lackieren und metallisieren.

Verwendung von Polyamiden

Die wichtigsten Anwendungsgebiete für thermoplastische Polyamide liegen in der Elektrotechnik, im Maschinen- und Apparatebau, Fahrzeugbau, Verpackungssektor, bei Haushaltsgeräten und Verbrauchsartikeln.

Beispiele für Produkte sind Zahnräder, Gleitlager, Haushaltsgeräte-Teile, Dübel, elektrotechnische Artikel, Rohre und Leitungssysteme, Heizöltanks, Reißverschlüsse, Angelschnüre, Kabelummantelungen und Tüten.

Polyamid-Folien sind wenig durchlässig für Gase und Dämpfe, allerdings ändert sich das mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt und höherer Temperatur. Sie sind geeignet für aromadichte Vakuumverpackungen.

Da Polyamide gewebeverträglich sind, können sie auch für Prothesen eingesetzt werden.

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