07.06.2011 / Evonik. Hohe Oberflächenqualität und mechanische Belastbarkeit – diese Anforderungen an Kunststoff-Formteile müssen auch bei der zunehmenden Funktionsintegration im Bauteil und den damit komplexer werdenden Bauteilgeometrien erfüllt werden. Ein innovatives Heizkonzept von RocTool auf Induktionsbasis beeinflusst die Formteilqualität, indem es eine hohe Werkzeugtemperatur während der Einspritzphase und hohe Abkühlraten während der Nachdruck- und Kühlphase im Spritzgießprozess realisiert. In Kombination mit den Hochleistungskunststoffen VESTAKEEP® PEEK und VESTAMID® HTplus verbessert sich so insbesondere der Glanzgrad der Formteile.
Polyamide PA
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).
Generelles
Aufbau
Polymeraufbau
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.
Wasserstoffbrückenbindungen
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.
Kristallinität
Aliphatische Polyamide
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
Teilaromatische Polyamide sind je nach Momomereinheiten und Zusammensetzung amorph oder teilkristallin.
Transparente Polyamide
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.
Allgemeine Werkstoffbeschreibung
Eigenschaften
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
Wasseraufnahme
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
Verstärkung und Füllung
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.
Einsatzgebiete
PA-Anwendungen (Beispiele in der Technik)
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
Verarbeitungsverfahren
Verarbeitungsverfahren
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.
Hohe Anforderungen für Polyamid in der Photovoltaik
Bewährte Doppelglastechnik mit neuartiger Befestigung von SCHOTT Solar und Wanne aus BASF-Kunststoff
08.06.2011 / SCHOTT Solar und BASF präsentieren auf der Messe Intersolar ein neues dachintegriertes Photovoltaik (PV)-Konzept aus der SCHOTT ADVANCE-Serie. Das Konzept besteht aus nur zwei Teilen: Einer speziell entwickelten, multifunktionellen Wanne aus dem BASF-Kunststoff Ultramid® B High Speed und einem rahmenlosen SCHOTT-Doppelglasmodul. Das Produkt- Highlight ist für große Dachflächen von Industrie- oder Landwirtschaftsgebäuden konzipiert und ist besonders leicht und einfach zu montieren.
Große Klappe – Kunststoff für die Umwelt
Neuer online-lackierbarer Karosseriekunststoff Ultramid TOP 4000 bei Mercedes in Serie
13.05.2011 / BASF. Das aktuelle T-Modell in der E-Klasse von Mercedes hat eine besonders große Tankklappe, denn sie soll variable Betankungsarten ermöglichen. Diese Tankklappe besteht seit kurzem aus dem neuen Ultramid® TOP 4000 der BASF, einem mineralgefüllten teilaromatischen Polyamid (PA 6/6T).
Emission von Kraftstoff in die Atmosphäre stark verringert
Polyamid 6 für Tanks von Otto-Motoren - Alternative zu Polyethylen, Mehrschicht-Verbünden und Metallen
06.04.2011 / Lanxess. Aus Kunststofftanks von Otto-Motoren gelangen beträchtliche Mengen an Kohlenwasserstoffen durch die Tankwände nach außen und verschmutzen die Atmosphäre – ein Vorgang, den man als Permeation bezeichnet. LANXESS arbeitet daher an speziellen blasformbaren Polyamid 6-Typen, die eine sehr hohe Sperrwirkung gegen Otto-Kraftstoff zeigen. Ein Materialbeispiel ist Durethan TP 142-011.
Extrusionsblasformen von Rohren mit Weichsegmenten
Neues extrem weiches, superzähes Polyamid 6 - Auch geeignet für Spritzgussteile unter der Motorhaube
06.04.2011 / Lanxess. Ungewöhnlich weich für ein Polyamid 6 ist das neue Durethan BC 700 HTS von LANXESS. Es hat einen E-Modul von nur 210 MPa (konditioniert). Der unverstärkte Werkstoff eignet sich besonders, um Ladeluftrohre mit integrierten Faltenbälgen als Einstofflösung durch Extrusionsblasformen herzustellen.
Hohe Oberflächenqualität, geringes Bauteilgewicht:
Neue Polyamide für geschäumte Spritzgussteile
06.04.2011 / Lanxess. Trotz großer Vorteile haben sich Schäumverfahren im Spritzguss bisher nicht breiter durchsetzen können. Das lag unter anderem an der schlechten Oberflächenqualität der resultierenden Bauteile. LANXESS hat deshalb ein neues Polyamid 6 und 66 Durethan für das physikalische und chemische Schäumen maßgeschneidert, um diesen Nachteil auszugleichen.
Megatrend und Zukunftsmarkt Elektromobilität:
Neue Einsatzchancen für Polyamid und PBT
06.04.2011 / Lanxess. Der Megatrend zu Elektro- und Hybridfahrzeugen eröffnet auch den Polyamiden Durethan und Polybutylenterephthalaten (PBT) Pocan von LANXESS große und vielfach neue Einsatzmöglichkeiten.
Neues Polyamid 66 für das WIT- und GIT-Verfahren:
Hohe Qualität bei Rohren mit großen Querschnitten
06.04.2011 / Lanxess. Die Gas- und Wasserinjektionstechnik (GIT bzw. WIT) sind etablierte Verfahren zur Produktion von Rohren für den Motorraum von Fahrzeugen. LANXESS hat nun sein Produktportfolio für diese Verfahren und dieses Anwendungssegment um Durethan TP 424-009 (zukünftig Durethan AKV 30 G HR DUS 023) erweitert. Das verarbeitungsoptimierte Polyamid 66 eignet sich besonders für Hohlkörper, die große Rohrquerschnitte und komplexe Geometrien mit Abzweigungen, Querschnittsabflachungen und großen Winkeln aufweisen.
Evonik erweitert Polyphthalamid-Portfolio
Tribologisch modifiziertes VESTAMID® HTplus verlängert Lebensdauer von Getriebeteilen
25.03.2011 / Evonik. Das neue VESTAMID® HTplus M1533 von Evonik Industries, Essen, ist ein 30% glasfaserverstärktes Compound mit internem Gleitmittel. Dank der reduzierten Reibung und des geringeren Abriebs des Polyphthalamids (PPA) wird die Haltbarkeit von Getriebeteilen erhöht und der Energieverbrauch in der Anwendung gesenkt. Gleichzeitig verlängern sich die Wartungsintervalle, da Getriebeteile aus VESTAMID® HTplus M1533 selbstschmierend sind und nicht mit Fetten gewartet werden müssen.
DuPont auf der Medtec Europe 2011
Verwendung eines ‚Special Control‘ Typs aus der Familie der Zytel® Polyamide für Komponenten einer einfach zu handhabenden und exakt arbeitenden Förderhilfe für ein Kollagen-Implantat.
02.03.2011 / DuPont. Zur Medtec Europe 2011, die vom 22. bis 24. März in Stuttgart stattfindet, zeigt DuPont auf Stand 4538 spezielle Typen seiner technischen Kunststoffe, die den strengen Richtlinien für den Einsatz in medizintechnischen Produkten entsprechen. So erfüllen diese Kunststoffe die hohen Anforderungen an die Überwachung des Fertigungsprozesses und die Beachtung weltweiter, dafür geltender Vorschriften und Gesetze, und sie vereinfachen die Verwendung von Hochleistungskunststoffen für neue und innovative Produkte dieser Art. Ein aktuelles Beispiel ist die Verwendung eines ‚Special Control‘ Typs aus der Familie der Zytel® Polyamide für Komponenten einer einfach zu handhabenden und exakt arbeitenden Förderhilfe für ein Kollagen-Implantat.
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6.1 Einführung in die Werkstoffauswahl
6.2 Systematische Vorgehensweise
6.3 Hilfsmittel bei der Werkstoffauswahl
6.3.1 Datenbanken
6.3.2 Recherche
6.3.3 Praxisnahe Laborversuche
