Polyamid ist einer der am weitesten verbreiteten Ingenieurkunststoffe in der Industrie – und das aus gutem Grund. Es vereint hohe mechanische Festigkeit mit guter chemischer Beständigkeit, einem breiten Betriebstemperaturbereich und einer einfachen Verarbeitung. Es wird in der Automobil-, Elektrotechnik-, Haushaltsgeräte-, Bau- und Dutzenden anderer Branchen eingesetzt, sowohl bei Bauteilen, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, als auch bei präzisen Details, die Maßstabilität erfordern.
Dieser Artikel bietet einen vollständigen Überblick über die Eigenschaften von Polyamid als Materialklasse. Hier finden Sie mechanische, thermische, chemische und elektrische Daten, Vergleichstabellen sowie praktische Tipps, was diese Zahlen beim Bauteilen bedeuten. Die Daten beziehen sich hauptsächlich auf die beliebtesten technischen Varianten – PA6 und PA66.
Für wen: Ingenieure, Konstrukteure, Teilekonstrukteure, Einkaufsleiter und Technologen, die Material für Anwendungen auswählen.
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften von Polyamid hängen stark von der Materialvielfalt und dem Feuchtigkeitsgehalt ab. Alle unten aufgeführten Daten beziehen sich auf den trockenen Zustand nach der Verarbeitung – die Werte für konditioniertes Material (23°C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit) unterscheiden sich und werden im Abschnitt Hygroskopizität diskutiert.
Zugfestigkeit
Technische Polyamide erreichen eine Zugfestigkeit im Bereich von 60–90 MPa. In der Praxis bedeutet dies, dass sie erhebliche statische Lasten ohne dauerhafte Verformung tragen können – was sie in vielen Anwendungen nützlich als Ersatz für leichte Metalle macht, die keine extremen Lasten erfordern.
Zum Vergleich: Baustahl erreicht 250–400 MPa, Aluminium etwa 200–300 MPa. Polyamid ist kein Ersatz für Metalle in schweren Anwendungen, aber mit dem richtigen Querschnitt und der Werkstückgeometrie reicht es in einer sehr breiten Palette von Anwendungen aus – und ist deutlich leichter.
Elastizitätsmodul (Steifigkeit)
| Material | Youngs Modul (MPa) |
|---|---|
| Unverändertes | 1.500–3.500 |
| Polyamid GF30 | 8.000–11.000 |
| Polyamid GF50 | 14.000–16.000 |
Die Zugabe von 30 % Glasfaser erhöht die Steifigkeit um das Dreifache oder mehr – ein zentrales Argument für die Verwendung von GF-Varianten, wo Maßstabilität unter Last oder Kriechfestigkeit erforderlich ist.
Aufprallfestigkeit
Polyamid zeigt eine gute Aufprallfestigkeit, besonders im konditionierten Zustand. Die gekerbte Charpy-Aufschlagfestigkeit beträgt im trockenen Zustand 4–10 kJ/m² und im konditionierten Zustand bis zu 15 kJ/m². Bei niedrigen Temperaturen behält das Material seine nützliche Aufprallfestigkeit bis etwa -30–40 °C, was es zum bevorzugten Material für Anwendungen mit Aufprallbedingungen im Winter macht.
Härte und Abriebfestigkeit
Küstenhärte D: 70–85 (abhängig von Sorte und Feuchtigkeitsgehalt). Polyamid hat eine gute Abriebfestigkeit – besser als PP oder ABS, ähnlich wie POM. Dies rechtfertigt seinen Einsatz in Zahnrädern, Linearführungen, glatten Buchsen und reibungsanfälligen Bauteilen.
Tabelle: Mechanische Eigenschaften von Polyamid
| Eigentum | Trockener Zustand | Konditionierter Zustand | Einheit |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 60–90 | 45–70 | MPa |
| Youngs | 1.500–3.500 | 800–2.200 | MPa |
| Charpy-Aufprallfestigkeit (gekerbt) | 4–10 | 8–15 | kJ/m² |
| Verlängerung im Bruch | 20–50 | 100–300 | % |
| Uferhärte D | 70–87 | 65–78 | – |
Thermische Eigenschaften
Schmelzpunkt und Betriebsbereich
Ingenieur-Polyamide schmelzen je nach Sorte im Bereich von 215–265°C. Ungefährer Temperaturbereich für den kontinuierlichen Betrieb:
- Unverändertes Polyamid: -30°C bis +100-120°C (kurzfristig bis +150-180°C)
- Polyamid GF30: -40°C bis +140°C (kurzzeitig über +200°C)
„Polyamid behält 80 % seiner mechanischen Festigkeit bei 100°C, während viele andere Kunststoffe ihre Eigenschaften bereits bei 60–70°C verlieren.“
Durchbiegungstemperatur unter Last (HDT)
HDT gemessen gemäß ISO 75 bei 1,8 MPa:
- Unverändertes Polyamid: 60–90°C
- Polyamid GF30: 200–235°C
Glasfaserverstärkung erhöht den HDT um mehr als 150 °C – ein Hauptgrund, warum GF-Varianten in Motorhaubenanwendungen und anderen Hochtemperaturumgebungen dominieren.
Thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE)
Unverändertes Polyamid: ca. 80–90 × 10⁻⁶ K⁻¹. Bei GF30-Varianten sinkt der Wert auf 25–40 × 10⁻⁶ K⁻¹ entlang der Faser. Zum Vergleich: Stahl – ca. 12 × 10⁻⁶ K⁻¹, Aluminium ca. 23 × 10⁻⁶ K⁻¹.
Beim Entwurf von Metall-Polyamid-Verbindungen (z. B. Metalleinsätze in Polyamidgehäusen) muss der Unterschied in der CTE berücksichtigt werden – insbesondere bei großen Schwankungen der Betriebstemperaturen.
Creep
Unverändertes Polyamid hat bei erhöhten Temperaturen einen begrenzten Kriechwiderstand – bei konstanter Last bei 80°C verformt es sich nach mehreren hundert Stunden deutlich sichtbar. GF-Varianten weisen einen deutlich höheren Kriechwiderstand auf, was sie zum bevorzugten Material für Anwendungen mit dauerhaften statischen Lasten macht.
Verhalten bei niedrigen Temperaturen
Polyamid behält seine nützliche Aufprallfestigkeit bis zu ca. −30–40°C. Unter diesen Temperaturen wird das Material spröde. Für Anwendungen, die extrem niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, lohnt es sich, Aufprallmodifikatoren oder alternative Kunststoffe in Betracht zu ziehen.
Chemische Beständigkeit
Hoher Widerstand
Polyamide haben eine gute oder sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen:
- Aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzin, Mineralöle, Schmiermittel)
- Alkohole (Methanol, Ethanol, Isopropanol)
- Alkalische und schwach alkalische Lösungen
- Ester und Ketone in moderaten Konzentrationen
- Die meisten organischen Lösungsmittel bei Raumtemperatur
Niedriger Widerstand
Vermeiden Sie den Kontakt von Polyamid mit:
- starke Mineralsäuren (Schwefelsäure, Salzsäure, Salzsäure in höheren Konzentrationen)
- Starke Oxidatoren
- Phenole und Cresols
- Glycerin bei hoher Temperatur
Wichtig: Die chemische Beständigkeit von Polyamid ist stark temperaturabhängig – eine von PA6 bei 23°C tolerierte Substanz kann bei 80°C zu einem Abbau führen. Die Konzentration ist ähnlich: Salzsäure 5 % ist für Polyamid bei kurzfristigem Kontakt akzeptabel, Salzsäure 30 % verursacht schnelle Schäden.
Chemische Widerstandstabelle (ausgewählte Substanzen)
| Substanz | PA6 | PA66 | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Benzin | – | ||
| Motoröl | – | ||
| Hydrauliköl | – | ||
| Ethanol 96 % | – | ||
| Isopropanol | – | ||
| Aceton | + | + | Temperatur spielt eine Rolle |
| Salzsäure 10 % | – | – | Abbau |
| Schwefelsäure 10 % | – | – | Abbau |
| Essigsäure 10 % | + | + | Kurzzeitkontakt |
| NaOH 10% | – | ||
| Destilliertes | + | PA6 schwillt | |
| Silikonöl | – | ||
| Glycerin | + | + | Temperaturempfindlichkeit. |
| Phenol | – – | – – | Starke Degradation |
Legende: ++ sehr gute Immunität, + gut/moderat, – schwach, – – keine Immunität
Elektrische Eigenschaften
Polyamid ist ein elektrischer Isolator, was es in der Elektrotechnik und Elektronik nützlich macht.
| Eigentum | PA6 | PA66 | Einheit |
|---|---|---|---|
| Kreuzwiderstand | 10¹³–10¹⁴ | 10¹³–10¹⁴ | Ω·cm |
| Elektrische Festigkeit | 20–30 | 20–30 | kV/mm |
| Dielektrischer Konstante (1 MHz) | 3.5-4.0 | 3.5–4.5 | – |
| Verlustfaktor (1 MHz) | 0,02–0,03 | 0,02–0,04 | – |
Die elektrischen Eigenschaften von Polyamid sind feuchtigkeitsempfindlich – Wasseraufnahme senkt den Widerstand und erhöht den Dielektrizitätsverlust. Bei Anwendungen, die stabile elektrische Eigenschaften unter wechselnden Luftfeuchtigkeitsbedingungen erfordern, sollte dies berücksichtigt oder modifizierte Varianten mit reduzierter Hygroskopität verwendet werden.
Typische Anwendungen: Steckverbindergehäuse, Isolatoren, Kabelhalter, Relais- und elektronische Bauteilgehäuse, Steckverbinder.
Hygroskopizität – eine Eigenschaft, die Sie kennen müssen
Polyamid nimmt Feuchtigkeit aus der Umgebung auf – und es ist die Hygroskopizität, die Entwickler, die die Details dieses Materials nicht kennen, meist vergessen.
Ingenieur-Polyamide können bis zu 8–9 % ihres eigenen Wassergewichts aufnehmen (Gleichgewicht bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit). Unter typischen industriellen Bedingungen (50 % relative Luftfeuchtigkeit) wird das Material auf ca. 2,5–3 % konditioniert.
„Die Aufnahme von 3 % Feuchtigkeit durch Polyamid erhöht die Aufprallfestigkeit um 50 % – es ist ein Merkmal, kein Bug.“
Die Wirkung von Feuchtigkeit auf mechanische Eigenschaften
| Eigentum | Trockener Zustand | Konditionierter Zustand | Veränderung |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 100% | ~70-80% | -20-30% |
| Youngs Modul (Steifigkeit) | 100% | ~50-60% | -40-50% |
| Aufprallfestigkeit | 100% | ~150-200% | +50-100 % |
| Verlängerung im Bruch | 100% | ~300-500% | +200-400 % |
Feuchtigkeit plastifiziert Polyamid – sie verringert Steifigkeit und Festigkeit, verbessert aber die Aufprallfestigkeit und Flexibilität erheblich. Für Anwendungen, die Schwingungsdämpfung oder Stoßfestigkeit erfordern, ist konditioniertes PA6 oft das bevorzugte Material.
Dimensionale Konsequenzen
Die Feuchtigkeitsaufnahme führt dazu, dass das Material anschwellt – PA6 erhöht die Abmessungen um ca. 0,5–1 %, wenn es auf 3 % Feuchtigkeit konditioniert wird. Für Bauteile, die mit Metalleinsätzen arbeiten oder eine präzise Passform erfordern, muss dies im Design berücksichtigt werden.
Feuchtigkeitsmanagement in der Fertigung
Vor der Injektion müssen die Polyamidgranulate getrocknet werden (80–100°C für 4–8 Stunden). Das beim Spritzgießen von Feuchtigkeit aufgenommene Material verursacht hydrolytische Abbau, Blasen, Oberflächendefekte und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks. Getrocknete Granulate sollten in einem luftdichten Behälter aufbewahrt und innerhalb weniger Stunden nach Öffnen der Verpackung verwendet werden.
Verschleiß- und Reibungsbeständigkeit
Polyamid hat einen guten Reibungskoeffizienten und eine hohe Abriebfestigkeit – insbesondere im Vergleich zu nicht-technischen Kunststoffen wie PP oder ABS. Unter trockenen Reibungsbedingungen schneidet PA6 aufgrund seiner höheren Flexibilität etwas besser ab als PA66.
Für Anwendungen mit minimaler Reibung werden modifizierte Qualitäten mit der Zugabe von MoS₂ (Molybdändisulfid) oder PTFE verwendet, die den Reibungskoeffizienten um 30–50 % reduzieren und die Widerstandsfähigkeit gegen Abrasivverschleiß verbessern.
Typische Schiebeanwendungen: Zahnräder, Linearführungen, Gleitbuchsen, Polymerlager, Nockenwellen, Stifte. Polyamid konkurriert hier mit POM – POM hat im trockenen Zustand einen etwas geringeren Reibungskoeffizienten, aber PA6-modifiziertes MoS₂ nähert sich diesen Werten zu geringeren Kosten.
Entflammbarkeit und Sicherheit
Standard PA6 und PA66 werden gemäß UL94 als HB (horizontales Brennen) klassifiziert – das bedeutet langsames horizontales Brennen ohne spontanes Löschen. Für Anwendungen in Elektronik, Elektrotechnik und Bauwesen werden häufig höhere Brennbarkeitskurse benötigt.
Flammschutzmittel (FR) Modifikationen ermöglichen es dir, die Klassen V0, V1 oder V2 zu erreichen. Die am häufigsten verwendeten FR-Systeme sind Halogen (effektiv, aber mit Umwelteinschränkungen) und halogenfreie (in einer wachsenden Anzahl von Spezifikationen erforderlich). Die Selbstzündungstemperatur von PA6 beträgt ca. 450–500°C.
Modifikationen und Verstärkungen
Unveränderte PA6/PA66 ist der Ausgangspunkt – in der industriellen Praxis dominieren modifizierte Varianten:
- PA6/PA66 + GF (Glasfaser, 15–50 %) – verdoppelt oder verdreifacht Festigkeit und Steifigkeit, verbessert HDT und Kriechfestigkeit erheblich, verringert Schrumpfung und verbessert die Maßstabilität. Die Kosten sind höhere Sprödigkeit und Abrasivität (beschleunigter Formverschleiß).
- PA6/PA66 + Mineralfüllstoffe – Talkum, Kreide, Kaolin senken die Materialkosten, verbessern die Steifigkeit und reduzieren die Schrumpfung, verringern jedoch die Aufprall- und Zugfestigkeit.
- Schlagverstärker – Elastomere (EPDM, EPR), die in PA hinzugefügt werden, verbessern die Schlagfestigkeit sogar mehrfach, allerdings auf Kosten der geringeren Steifigkeit. Verwendet in Stoßstangen und aufprallanfälligen Gehäusen.
- UV-Stabilisatoren – Standard-PA zersetzt sich unter dem Einfluss von UV-Strahlung (Gelbfärbung, Sprödigkeit). UV-Stabilisatoren (z. B. HALS) sind für Außenanwendungen notwendig.
- Flammschutzmittel (FR) – ermöglichen die Erreichung der Entflammbarkeitsklassen V0–V2 gemäß UL94 für Anwendungen in der Elektrotechnik und Elektronik.
Vergleich von Polyamid mit anderen Kunststoffen
| Eigentum | PA6/PA66 | POM | PC | |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 70–90 MPa | 60-70 MPa | 25–40 MPa | 55–70 MPa |
| Kontinuierliche | bis zu 120°C | bis zu 100°C | bis zu 100°C | bis zu 120°C |
| Chemische Beständigkeit | Gut | Gut | Sehr gut | Mäßig |
| Reibung/Abrieb | Gut | Sehr gut | Mäßig | Schwach |
| Hygroskopizität | hoch | Sehr niedrig | Sehr niedrig | Niedrig |
| Relativer Preis | Durchschnitt | Mittel-hoch | Niedrig | hoch |
- PA vs POM: POM hat einen geringeren Reibungskoeffizienten und ist dimensionsstabiler. PA6 ist günstiger und besser für Aufprallanwendungen. POM verträgt keine Säuren, PA6 verträgt keine Basen – jeder hat seine eigene chemische Nische.
- PA vs PP: PP ist viel günstiger und hat eine sehr gute chemische Beständigkeit, aber viel geringere Festigkeit und Steifigkeit. PP wird dort verwendet, wo niedrigere mechanische Eigenschaften ausreichen; PA6 – wo echte technische Stärke erforderlich ist.
- PA vs. PC: PC hat bei niedrigen Temperaturen eine bessere Transparenz und Schlagfestigkeit, ist aber teurer und empfindlicher gegenüber Ketonen und Estern. PA6 GF30 setzt sich in Hochtemperaturanwendungen gegen PC durch.
FAQ – häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist die maximale Betriebstemperatur von Polyamid?
Für nicht modifizierte PA6: ca. 100°C kontinuierlich, kurzfristig bis zu 150°C. Für PA66: ca. 120°C kontinuierlich, kurzfristig bis 180°C. GF-verstärkte Varianten haben einen HDT von 200–235°C, aber die Langzeitbetriebstemperatur wird durch thermische Oxidation begrenzt – für wärmestabilisierte PA66 GF wird bei langfristiger Nutzung ca. 150–160°C als Maximum angenommen.
Ist Polyamid für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet?
Die Standards PA6 und PA66 können im Kontakt mit Lebensmitteln verwendet werden, sofern sie regulatorische Anforderungen erfüllen (z. B. EU-Verordnung 10/2011). Es ist entscheidend, die richtigen Komponenten zu verwenden und eine Konformitätserklärung vom Lieferanten der Granulate einzuholen. Nicht jede kommerzielle Qualität ist dafür gedacht, mit Lebensmitteln in Kontakt zu kommen – das sollte im technischen Datenblatt überprüft werden.
Wie wirkt sich Feuchtigkeit auf die mechanischen Eigenschaften von Polyamid aus?
Die Absorption von 2,5–3 % Feuchtigkeit verringert die Zugfestigkeit um ca. 20–30 % und den Youngschen Modul um ca. 40–50 %, erhöht jedoch die Stoßfestigkeit um 50–100 % und die Verlängerung bei Bruch mehrmals. Die Konstruktion von Polyamidkomponenten sollte auf konditionierten Eigenschaften basieren, nicht auf trockenen Eigenschaften – da es sich um den konditionierten Zustand handelt, der den tatsächlichen Betriebsbedingungen entspricht.
Ist Polyamid widerstandsfähig gegen Benzin und Öle?
Ja – die Beständigkeit von PA6 und PA66 gegenüber Kohlenwasserstoffen (Benzin, Mineralöle, Schmierstoffe) ist gut und einer der Hauptvorteile dieser Materialien in der Automobilindustrie. Der Widerstand ist bei niedrigen Temperaturen besser; Bei erhöhten Temperaturen lohnt es sich, Tests mit einem bestimmten Medium durchzuführen.
Was ist der Unterschied zwischen PA6 und PA66?
PA66 hat eine höhere Betriebstemperatur und Steifigkeit, PA6 ist günstiger und wirkungsvoller. Eine detaillierte Aufschlüsselung mit Tabellen und einer Fallstudie finden Sie unter PA6 vs PA66: Ein vollständiger Leitfaden zu den Unterschieden.
Ist Polyamid ein umweltfreundliches Material?
Standard PA6/PA66 stammt aus petrochemischen Rohstoffen und ist nicht biologisch abbaubar. Gleichzeitig ermöglicht seine hohe Festigkeit die Konstruktion leichterer Bauteile (geringerer Materialverbrauch), und seine thermoplastische Beschaffenheit ermöglicht das Recycling. Biobasierte PA-Sorten (z. B. Rizinusöl PA11) sind erhältlich, haben jedoch unterschiedliche Eigenschaften und höhere Kosten. Das Nachbearbeitungsrecycling von Polyamid ist technisch möglich und wird in vielen Werken praktiziert.
Zusammenfassung
Polyamid ist ein vielseitiges Ingenieurmaterial, das zu Recht an der Spitze der technischen Materialien steht. Hohe mechanische Festigkeit, gute chemische Beständigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen und Alkalien, ein breiter Temperaturbereich und die Möglichkeit der Modifikation (GF, MoS₂, FR) machen Polyamid zum bevorzugten Material in Dutzenden von Anwendungen.
Eine wichtige Regel beim Entwerfen mit Polyamid: Berücksichtigen Sie immer die Hygroskopie. Entwickle konditionierte Eigenschaften, nicht trockene Eigenschaften – denn es ist das konditionierte Material, das in deinem Bauteil arbeitet.
Brauchen Sie Hilfe bei der Auswahl eines Materials? Kontaktieren Sie unsere technische Abteilung – wir beraten bereits in der Entwurfsphase und wählen die Klasse entsprechend den Anforderungen der Anwendung aus.