Polyamid (PA) prüfen und charakterisieren

Polyamide bilden eine große Werkstofffamilie mit teilweise deutlich unterschiedlichen Eigenschaften. PA 6, PA 66, PA 11 oder PA 12 unterscheiden sich unter anderem in Wasseraufnahme, thermischem Verhalten und mechanischen Eigenschaften. Hinzu kommen zahlreiche modifizierte, gefüllte und glasfaserverstärkte Typen. Die Polymer Service GmbH  Merseburg untersucht Polyamide mit mechanischen, thermischen, spektroskopischen und mikroskopischen Verfahren. Dabei können Ausgangsmaterialien ebenso wie Halbzeuge und Bauteile untersucht und miteinander verglichen werden.

 

Rockwell Indenter

Wasseraufnahme und Konditionierung von Polyamid

Eine Besonderheit vieler Polyamide ist ihre Wasseraufnahme. Aufgenommenes Wasser erhöht die Beweglichkeit der Polymerketten und wirkt dadurch weichmachend. Mit zunehmendem Feuchtegehalt nehmen Steifigkeit und Festigkeit ab, während Verformbarkeit und Zähigkeit zunehmen. Für die Werkstoffprüfung ist deshalb der Konditionierungszustand entscheidend. Ein PA-Bauteil kann im trockenen Zustand deutlich andere mechanische Kennwerte aufweisen als nach Konditionierung oder längerer Nutzung in feuchter Umgebung. Bei Vergleichsuntersuchungen sollte daher bekannt sein, ob die Proben trocken, konditioniert oder in einem undefinierten Feuchtezustand geprüft wurden. Sofern der Konditionierungszustand unbekannt ist, sollte eine Rücktrocknung und ggf. eine definierte Konditionierung erfolgen, ehe die Werkstoffeigenschaften bestimmt werden. 

 

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Kriechstromfestigkeit

PA 6, PA 66, PA 11 oder PA 12?

Polyamid ist kein einzelner Kunststoff. Die verschiedenen PA-Typen unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur und damit auch in Wasseraufnahme, Schmelzverhalten und Gebrauchseigenschaften. Zur Identifikation und zum Vergleich können verschiedene Analyseverfahren kombiniert werden. FTIR liefert Informationen über die chemische Struktur, während DSC das thermische Verhalten des Materials charakterisiert. So können beispielsweise unbekannte Werkstoffe untersucht oder unterschiedliche Materialchargen miteinander verglichen werden.

 

Mechanische Eigenschaften und Glasfaserverstärkung

Im Zugversuch können unter anderem Elastizitätsmodul, Festigkeits- und Dehnungskennwerte von Polyamid bestimmt werden. Neben dem Feuchtezustand beeinflussen Füll- und Verstärkungsstoffe diese Eigenschaften erheblich. Bei glasfaserverstärkten Polyamiden wie PA 6 GF30 oder PA 66 GF30 spielt zusätzlich die Orientierung der Fasern eine wichtige Rolle. Beim Spritzgießen entsteht dadurch ein richtungsabhängiges Werkstoffverhalten. Prüfkörper aus unterschiedlichen Bereichen eines Bauteils können deshalb unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Mikroskopische Untersuchungen können eingesetzt werden, um Werkstoffstruktur und Faserorientierung zu beurteilen.

 

Verarbeitung und Schadensanalyse

Polyamide müssen vor der Schmelzeverarbeitung in der Regel ausreichend getrocknet werden. Zu hohe Feuchte kann bei Verarbeitungstemperatur einen hydrolytischen Abbau begünstigen. Davon zu unterscheiden ist die spätere Wasseraufnahme des fertigen Bauteils unter seinen Einsatzbedingungen. Bei Schäden an PA-Bauteilen können daher neben Konstruktion und mechanischer Beanspruchung auch Verarbeitung, Feuchtezustand, Temperatur sowie bei verstärkten Werkstoffen die Faserorientierung berücksichtigt werden. Abhängig von der Fragestellung lassen sich mikroskopische Untersuchungen mit FTIR, DSC und mechanischen Prüfungen kombinieren. Sind ergänzende Untersuchungen erforderlich, können spezialisierte Partner einbezogen und deren Ergebnisse in die Bewertung aufgenommen werden.

 

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Häufige Fragen zu Polyamid

Warum unterscheiden sich die Eigenschaften von trockenem und konditioniertem Polyamid?

Aufgenommenes Wasser erhöht die Beweglichkeit der Polymerketten und wirkt bei vielen Polyamiden weichmachend. Dadurch verändern sich unter anderem Steifigkeit, Festigkeit, Dehnung und Zähigkeit. Mechanische Kennwerte von PA sollten deshalb immer im Zusammenhang mit dem Feuchtezustand betrachtet werden.

 

Kann man feststellen, ob ein Bauteil aus PA 6 oder PA 66 besteht?

Zur Unterscheidung von Polyamidtypen können unter anderem FTIR und DSC eingesetzt werden. Bei modifizierten, gefüllten oder verstärkten Werkstoffen können zusätzliche Untersuchungen erforderlich sein.

 

Warum unterscheiden sich die Eigenschaften innerhalb eines glasfaserverstärkten PA-Bauteils?

Beim Spritzgießen orientieren sich Glasfasern abhängig von den lokalen Strömungsverhältnissen. Dadurch können sich Faserorientierung und damit auch die mechanischen Eigenschaften innerhalb eines Bauteils und in verschiedenen Belastungsrichtungen unterscheiden.