Martan Plastics Werkstoffe PA Kunststoff

Polyamid (PA): Eigenschaften, Arten und Anwendungen

Polyamid, kurz PA, gehört zu den wichtigsten technischen Kunststoffen. Der thermoplastische Werkstoff verbindet eine hohe mechanische Festigkeit mit guter Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und günstigen Gleiteigenschaften. Dadurch eignet sich Polyamid für zahlreiche mechanisch und dynamisch beanspruchte Bauteile. Polyamid ist jedoch keine einzelne Werkstoffsorte, sondern eine umfangreiche Werkstoffgruppe. Zu den gebräuchlichsten Varianten zählen PA 6 und PA 66. Daneben stehen gegossene, extrudierte, glasfaserverstärkte, schlagzäh modifizierte, gleitoptimierte und weitere anwendungsspezifische Polyamide zur Verfügung. Welcher PA-Typ geeignet ist, hängt unter anderem von der mechanischen Belastung, der Einsatztemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit, den geforderten Toleranzen und den einwirkenden Medien ab.

Was ist Polyamid?

Polyamide sind teilkristalline thermoplastische Kunststoffe, deren Molekülketten durch wiederkehrende Amidgruppen gekennzeichnet sind. Diese chemische Struktur trägt zu den guten mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs bei, ist jedoch gleichzeitig für seine vergleichsweise hohe Feuchtigkeitsaufnahme verantwortlich. PA wird sowohl zu Formteilen als auch zu Halbzeugen verarbeitet. Verfügbar sind beispielsweise Platten, Rundstäbe, Rohre, Profile und kundenspezifisch gefertigte Bauteile. Aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften kommt Polyamid unter anderem im Maschinen- und Anlagenbau, in der Fördertechnik und Automation, im Fahrzeugbau sowie in der Elektroindustrie zum Einsatz.

Die wichtigsten Eigenschaften von Polyamid

Hohe Festigkeit und Zähigkeit

Polyamid bietet eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit. Der Werkstoff kann mechanische Belastungen, Stöße und wechselnde Beanspruchungen aufnehmen und eignet sich deshalb für funktionale Maschinenelemente und Konstruktionsteile. Die konkreten Kennwerte unterscheiden sich allerdings deutlich zwischen den verschiedenen Polyamidtypen. Unverstärkte Werkstoffe sind häufig zäher und elastischer, während glasfaserverstärkte PA-Typen eine höhere Steifigkeit und Formbeständigkeit erreichen können.

Gute Verschleißfestigkeit und Gleiteigenschaften

Viele Polyamide besitzen eine gute Abriebfestigkeit und günstige Reibungseigenschaften. Sie werden daher häufig für bewegte Bauteile wie Gleitlager, Buchsen, Rollen, Zahnräder, Kettenführungen und Führungsschienen verwendet. Durch spezielle Additive lassen sich die tribologischen Eigenschaften weiter anpassen. Je nach Anwendung stehen unter anderem gleitoptimierte oder mit Festschmierstoffen modifizierte PA-Werkstoffe zur Verfügung. Weitere Grundlagen zu Reibung, Verschleiß und Materialpaarungen finden Sie im Beitrag über die tribologischen Eigenschaften technischer Kunststoffe.

Temperaturbeständigkeit

Polyamid kann abhängig von der Werkstoffvariante auch bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden. PA 66 besitzt im Allgemeinen eine höhere Wärmeformbeständigkeit und einen höheren Schmelzbereich als PA 6. Durch Glasfasern, mineralische Füllstoffe oder Wärmestabilisatoren lässt sich die thermische Belastbarkeit zusätzlich verbessern. Eine pauschale maximale Einsatztemperatur ist dennoch nicht sinnvoll. Die zulässige Dauergebrauchstemperatur hängt von der konkreten PA-Type, der mechanischen Belastung, der Einsatzdauer, der Bauteilgeometrie und den Umgebungsbedingungen ab. Für die Auslegung sollten deshalb immer die technischen Daten des vorgesehenen Werkstoffs herangezogen werden.

Chemische Beständigkeit

PA ist gegen viele Öle, Fette, Kraftstoffe, Schmierstoffe und schwache Laugen beständig. Die tatsächliche Beständigkeit wird jedoch von der Polyamidvariante, der Konzentration des Mediums, der Temperatur und der Einwirkdauer beeinflusst. Gegenüber starken Säuren, bestimmten Lösungsmitteln und einigen oxidierenden Medien kann Polyamid empfindlich sein. Bei chemisch beanspruchten Bauteilen sollte daher eine anwendungsbezogene Beständigkeitsprüfung erfolgen.

Feuchtigkeitsaufnahme

Die Feuchtigkeitsaufnahme gehört zu den wichtigsten Kriterien bei der Auswahl von Polyamid. PA ist hygroskopisch und nimmt Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Dadurch können sich die Abmessungen und mechanischen Eigenschaften eines Bauteils verändern. Mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt sinken in der Regel Steifigkeit und Härte, während Zähigkeit und Schlagfestigkeit steigen können. Gleichzeitig kann das Material quellen. Bei Präzisionsbauteilen, engen Passungen oder wechselnden Klimabedingungen muss dieses Verhalten bereits bei Konstruktion, Werkstoffauswahl und Tolerierung berücksichtigt werden. Ausführliche Informationen zu diesem Thema finden Sie im Fachbeitrag Wie beeinflusst Feuchtigkeit die Eigenschaften von PA? sowie in der Übersicht zu den Unterschieden der Feuchtigkeitsaufnahme bei Thermoplasten.

Elektrische Eigenschaften

Unverstärktes und trockenes Polyamid besitzt gute elektrische Isolationseigenschaften. Deshalb wird PA beispielsweise für Steckverbinder, Isolierteile, Schalterkomponenten und Gehäuse eingesetzt. Da aufgenommene Feuchtigkeit die elektrischen Kennwerte beeinflussen kann, müssen bei anspruchsvollen Elektroanwendungen der Konditionierungszustand, die Umgebung und die konkrete Werkstoffmodifikation berücksichtigt werden. Weitere geeignete Materialien und Auswahlkriterien behandelt der Beitrag über Kunststoffe für die Elektrotechnik und Elektronik.

Herstellung

Werkstoffform

fertiges Produkt

PA 6 und PA 66 im Vergleich

PA 6 und PA 66 zählen zu den am häufigsten eingesetzten Polyamidtypen. Beide Werkstoffe besitzen eine hohe Festigkeit und Verschleißbeständigkeit, unterscheiden sich jedoch in wichtigen Eigenschaften.

Eigenschaft	PA 6	PA 66
Zähigkeit	In der Regel höher	Gut, häufig etwas geringer als bei PA 6
Steifigkeit	Gut	In der Regel höher
Schlagfestigkeit	Häufig höher	Werkstoffabhängig
Wärmeformbeständigkeit	Gut	In der Regel höher
Feuchtigkeitsaufnahme	Vergleichsweise hoch	Ebenfalls relevant, häufig etwas geringer
Verarbeitung	Vergleichsweise gut zu verarbeiten	Höhere Verarbeitungstemperaturen erforderlich
Typische Anwendungen	Rollen, Buchsen, Führungen und allgemeine Konstruktionsteile	Thermisch und mechanisch höher beanspruchte Formteile

Die Tabelle dient als grundlegende Orientierung. Verstärkungen, Additive, Herstellungsverfahren und Konditionierungszustand können die Eigenschaften beider Werkstoffe deutlich verändern. Die Materialauswahl sollte deshalb nicht allein anhand der Bezeichnung PA 6 oder PA 66 erfolgen.

Weitere Polyamidvarianten

Extrudiertes Polyamid

Bei der Extrusion wird aufgeschmolzenes Polyamid kontinuierlich durch ein formgebendes Werkzeug geführt. Auf diese Weise entstehen beispielsweise Platten, Rundstäbe, Hohlstäbe und Profile. Extrudierte Halbzeuge werden anschließend häufig spanend zu individuellen Bauteilen weiterverarbeitet.

Weitere Informationen zu Eigenschaften, Verarbeitung und Einsatzmöglichkeiten erhalten Sie auf der Werkstoffseite für extrudiertes Polyamid.

Polyamidguss

Gegossenes Polyamid wird durch die Polymerisation des Ausgangsmaterials direkt in einer Form hergestellt. Das Verfahren ermöglicht insbesondere größere Halbzeugabmessungen und endkonturnahe Formteile. Gusspolyamid wird häufig für großformatige Rollen, Seilrollen, Zahnräder, Gleitplatten und stark beanspruchte Konstruktionsteile eingesetzt.

Weitere Informationen finden Sie auf der Werkstoffseite Polyamidguss.

Glasfaserverstärktes Polyamid

Durch die Verstärkung mit Glasfasern lassen sich Steifigkeit, Festigkeit, Kriechbeständigkeit und Wärmeformbeständigkeit erhöhen. Gleichzeitig können Schlagzähigkeit und Bruchdehnung abnehmen. Zudem ist bei der Konstruktion die richtungsabhängige Schwindung faserverstärkter Formteile zu berücksichtigen.

Modifizierte PA-Typen

Polyamid kann gezielt an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Verfügbar sind unter anderem:

schlagzäh modifizierte Polyamide,
gleitoptimierte und verschleißfeste Typen,
wärmestabilisierte Werkstoffe,
UV-stabilisierte Varianten,
flammgeschützte Polyamide,
elektrisch leitfähige oder antistatische Typen,
glasfaser- oder mineralverstärkte Werkstoffe sowie
für den Lebensmittelkontakt geeignete Ausführungen.

Herstellung und Verarbeitung von Polyamid

Extrusion

Die Extrusion wird überwiegend zur Herstellung kontinuierlicher Halbzeuge und Profile eingesetzt. Dazu gehören Kunststoffplatten, Rundstäbe, Rohre und kundenspezifische Profilquerschnitte.

Extrudierte PA-Halbzeuge eignen sich besonders für kleinere bis mittlere Stückzahlen, Ersatzteile, Prototypen und Bauteile, die durch Fräsen, Drehen, Bohren oder Sägen gefertigt werden.

Spritzguss

Im Spritzguss lassen sich komplexe Formteile in hohen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen. Das Verfahren ermöglicht die Integration von Rippen, Befestigungselementen, Funktionsflächen und unterschiedlichen Wandstärken in ein Bauteil.

Da Polyamid Feuchtigkeit aufnimmt, muss das Granulat vor der Verarbeitung in der Regel kontrolliert getrocknet werden. Eine unzureichende Trocknung kann die Oberflächenqualität, die mechanischen Eigenschaften und die Prozesssicherheit beeinträchtigen. Weitere Informationen bietet die Seite zum Kunststoff-Spritzguss.

Spanende Bearbeitung

PA-Halbzeuge lassen sich durch Drehen, Fräsen, Bohren, Sägen und weitere spanende Verfahren bearbeiten. Für gute Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität sind scharfe Werkzeuge, eine geeignete Spanabfuhr und eine möglichst geringe Wärmeeinbringung wichtig.

Zu hohe Temperaturen können zu Schmieren, Verzug oder inneren Spannungen führen. Bei größeren Materialabträgen empfiehlt sich häufig eine schrittweise Bearbeitung. Auch der Feuchtigkeitszustand des Werkstoffs muss berücksichtigt werden, wenn enge Toleranzen gefordert sind.

Schweißen und Kleben

Thermoplastische Polyamide können abhängig von Bauteilgeometrie und Werkstoffvariante unter anderem durch Heizelement-, Reibungs-, Vibrations- oder Ultraschallschweißen verbunden werden.

Das Kleben von PA ist anspruchsvoller, da die Oberfläche für viele Klebstoffsysteme nur schwer benetzbar ist. Eine geeignete Reinigung, Vorbehandlung oder Oberflächenaktivierung kann die Haftung verbessern. Mehr dazu erfahren Sie im Beitrag über den Einfluss der Oberflächenbehandlung bei Kunststoffen.

Typische Anwendungen von Polyamid

Maschinen- und Anlagenbau

Im Maschinenbau wird Polyamid für Bauteile verwendet, die Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und ein geringes Gewicht miteinander verbinden müssen. Typische Beispiele sind:

Gleitlager und Lagerbuchsen,
Zahnräder und Kettenräder,
Führungsleisten und Gleitplatten,
Rollen und Laufrollen,
Abstreifer und Anschläge,
Seilrollen sowie
Gehäuse und Konstruktionselemente.

Ein Vergleich mit weiteren geeigneten Werkstoffen ist im Beitrag POM, PA oder PEEK – welches Material für den Maschinenbau? verfügbar.

Fördertechnik und Automation

In Förderanlagen wird PA unter anderem für Führungselemente, Rollen, Kettenführungen und verschleißbeanspruchte Maschinenteile eingesetzt. Gegenüber metallischen Komponenten kann der Werkstoff das Bauteilgewicht, die Geräuschentwicklung und den Schmierbedarf reduzieren.

Fahrzeugbau

Im Fahrzeugbau kommt Polyamid beispielsweise für Gehäuse, Halterungen, Steckverbinder, Leitungsbauteile, Abdeckungen und Komponenten im Motorraum zum Einsatz. Für thermisch beanspruchte Anwendungen werden häufig verstärkte und wärmealterungsstabilisierte PA-Typen verwendet.

Elektrotechnik und Elektronik

Polyamid wird für elektrische und elektronische Komponenten wie Steckverbinder, Spulenkörper, Schalterteile, Kabelbefestigungen und Gehäuse eingesetzt. Je nach Sicherheitsanforderung stehen flammgeschützte, verstärkte oder elektrisch modifizierte Varianten zur Verfügung.

Vorteile von Polyamid

Hohe mechanische Festigkeit und gute Zähigkeit
Gute Verschleiß- und Abriebfestigkeit
Günstige Gleit- und Reibungseigenschaften
Gute Beständigkeit gegen viele Öle, Fette und Kraftstoffe
Geringeres Gewicht als viele metallische Werkstoffe
Gute elektrische Isolation im trockenen Zustand
Vielseitige Modifizierbarkeit durch Fasern, Füllstoffe und Additive
Verarbeitung durch Extrusion, Spritzguss, Guss und spanende Fertigung
Breites Angebot an Halbzeugen und Formmassen

Nachteile und Grenzen von Polyamid

Polyamid ist nicht für jede Anwendung automatisch die beste Lösung. Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:

Feuchtigkeitsaufnahme mit möglichen Maßänderungen
Veränderung mechanischer und elektrischer Eigenschaften durch Feuchtigkeit
Begrenzte Beständigkeit gegenüber starken Säuren und bestimmten Chemikalien
Mögliche UV-Alterung bei nicht stabilisierten Typen
Abhängigkeit der Eigenschaften vom Konditionierungszustand
Teilweise geringere Maßhaltigkeit als bei Werkstoffen wie POM oder PET
Anspruchsvolle Verklebung ohne geeignete Vorbehandlung

Polyamid oder POM?

PA und POM werden häufig für ähnliche mechanische Bauteile eingesetzt. Polyamid bietet in vielen Ausführungen eine hohe Zähigkeit, gute Verschleißfestigkeit und eine hohe mechanische Belastbarkeit. POM nimmt dagegen deutlich weniger Feuchtigkeit auf und erreicht deshalb häufig eine bessere Maßhaltigkeit.

Für Präzisionsteile mit engen Toleranzen oder Bauteile in wechselnden Klimabedingungen kann POM vorteilhaft sein. Bei hoch beanspruchten Rollen, Führungen, großformatigen Bauteilen oder Anwendungen mit hohen Stoßbelastungen kann PA die geeignetere Lösung darstellen. Entscheidend ist immer das konkrete Anforderungsprofil.

Welches Polyamid ist für Ihre Anwendung geeignet?

Bei der Auswahl des geeigneten Polyamids sollten insbesondere folgende Fragen beantwortet werden:

Welche Kräfte und mechanischen Belastungen wirken auf das Bauteil?
Welche Einsatz- und Spitzentemperaturen treten auf?
Ist das Bauteil Feuchtigkeit oder Wasser ausgesetzt?
Welche Maß- und Formtoleranzen müssen eingehalten werden?
Wirken Öle, Kraftstoffe, Reinigungsmittel oder andere Chemikalien ein?
Sind besondere Gleit- oder Verschleißeigenschaften erforderlich?
Muss der Werkstoff elektrisch isolierend, leitfähig oder flammhemmend sein?
Wird ein Halbzeug, ein spanend gefertigtes Teil oder ein Spritzgussteil benötigt?
Welche Stückzahl und Bauteilgröße sind vorgesehen?

Erst aus der Kombination dieser Anforderungen lässt sich bestimmen, ob beispielsweise PA 6, PA 66, Gusspolyamid, extrudiertes Polyamid oder eine verstärkte beziehungsweise modifizierte PA-Type eingesetzt werden sollte.

Polyamid für industrielle Bauteile

Polyamid ist ein vielseitiger technischer Kunststoff für mechanisch, thermisch und tribologisch beanspruchte Bauteile. Seine hohe Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit machen PA zu einem bewährten Werkstoff im Maschinenbau, in der Fördertechnik, im Fahrzeugbau und in der Elektrotechnik.

Für eine zuverlässige Werkstoffauswahl müssen jedoch die jeweilige Polyamidvariante und die konkreten Einsatzbedingungen berücksichtigt werden. Besonders die Feuchtigkeitsaufnahme, die Maßhaltigkeit, die Temperaturbelastung und die chemische Umgebung sind entscheidend. Durch die Auswahl eines geeigneten PA-Typs und eine fachgerechte Konstruktion lassen sich langlebige und wirtschaftliche Kunststoffbauteile realisieren.

Häufig gestellte Fragen zu Polyamid

Was bedeutet die Abkürzung PA?

PA steht für Polyamid. Dabei handelt es sich um eine Gruppe thermoplastischer Kunststoffe, zu der unter anderem PA 6 und PA 66 gehören.

Ist Polyamid dasselbe wie Nylon?

Nylon ist eine bekannte Bezeichnung für bestimmte synthetische Polyamide. Im technischen Bereich wird jedoch überwiegend die Werkstoffbezeichnung PA zusammen mit der jeweiligen Typennummer verwendet.

Was ist der Unterschied zwischen PA 6 und PA 66?

PA 6 ist im Allgemeinen zäher und lässt sich vergleichsweise gut verarbeiten. PA 66 besitzt häufig eine höhere Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit. Die tatsächlichen Eigenschaften hängen jedoch stark von Verstärkungen, Additiven und dem Feuchtigkeitszustand ab.

Ist Polyamid wasserfest?

Polyamid löst sich nicht in Wasser auf, nimmt jedoch Feuchtigkeit auf. Dadurch können sich Abmessungen, Steifigkeit, Zähigkeit und elektrische Eigenschaften verändern. Für dauerhaft feuchte Umgebungen muss deshalb geprüft werden, ob die gewählte PA-Type geeignet ist.

Ist Polyamid für Zahnräder geeignet?

Ja, Polyamid wird häufig für Zahnräder eingesetzt. Der Werkstoff bietet eine gute Verschleißfestigkeit, dämpft Geräusche und kann ohne Korrosion betrieben werden. Bei hohen Präzisionsanforderungen muss jedoch die feuchtigkeitsbedingte Maßänderung berücksichtigt werden.

Lässt sich Polyamid fräsen und drehen?

Polyamid lässt sich gut spanend bearbeiten. Scharfe Werkzeuge, eine kontrollierte Wärmeeinbringung und eine geeignete Spanabfuhr helfen dabei, Maßabweichungen, Schmieren und Verzug zu vermeiden.

Welche Alternative gibt es zu Polyamid?

Mögliche Alternativen sind unter anderem POM, PET, PE-UHMW oder PEEK. Welcher Werkstoff geeignet ist, hängt von den Anforderungen an Maßhaltigkeit, Verschleiß, Temperatur, Chemikalienbeständigkeit und Kosten ab.