Feuchtigkeit, Verzug und Sprödigkeit als Herausforderung
Polyamid hat drei materialbedingte Schwachstellen, die bei der Bauteilauslegung berücksichtigt werden müssen. Erstens ist es stark hygroskopisch: Es nimmt Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und verändert dadurch Maße, Steifigkeit und Festigkeit. Zweitens neigt es durch dieses Quellverhalten zu Verzug, besonders bei ungleichmäßiger Wandstärke oder Faserverstärkung. Drittens ist trockenes Polyamid spröde und erreicht seine typische Zähigkeit erst nach Feuchtigkeitsaufnahme (Konditionierung). Hinzu kommen sinkende Wärmeformbeständigkeit im feuchten Zustand und eingeschränkte elektrische Isolationseigenschaften.
Wie sich diese Schwächen auf Ihr Bauteil auswirken
Die Feuchtigkeitsaufnahme wirkt sich unmittelbar auf die Maßhaltigkeit aus. Unverstärktes PA6 nimmt unter Normklima, also bei 23 Grad Celsius und 50 Prozent Luftfeuchte, zwischen 2 und 3,5 Prozent Wasser auf, bei Wasserlagerung bei 80 Grad Celsius sogar über 8 Gewichtsprozent. Der Zusammenhang zwischen aufgenommener Feuchtigkeit und Längenänderung verläuft nahezu linear. Bei glasfaserverstärkten Typen fällt die Längenänderung in Faserrichtung deutlich geringer aus als quer dazu, was bereits beim Formenbau mit dem Gießsystem berücksichtig werden muss. Für die mechanische Belastbarkeit gilt ein Zielkonflikt: Das Wasser setzt sich bevorzugt in den weniger dicht gepackten, amorphen Bereichen der Polymerstruktur fest und wirkt dort wie ein Weichmacher, senkt Steifigkeit und Festigkeit, erhöht aber Bruchdehnung und Schlagzähigkeit. Trockenes Polyamid ist dagegen spröde. Für die Langzeitstabilität kommt hinzu, dass der Feuchteausgleich bei größeren Wandstärken, etwa 2 bis 3 Millimeter, mehrere Monate dauern kann.
Wann die Nachteile im Praxiseinsatz besonders ins Gewicht fallen
Wie stark diese Effekte durchschlagen, hängt vom Einsatzumfeld ab. Bei schwankender Umgebungsfeuchte, etwa in Außenanwendungen oder bei wechselnden Klimabedingungen, lassen sich enge Toleranzen nicht zuverlässig einhalten, da unterschiedlich durchfeuchtete Bereiche eines Bauteils zu konstruktiven Spannungen oder Formverzug führen können. Kritisch wird es auch, wenn ein Bauteil gleichzeitig mechanisch belastet und thermisch beansprucht wird: Ein durchfeuchtetes Polyamidteil wird bereits bei niedrigeren Temperaturen weich und verformbar und auch die Wärmeformbeständigkeit sinkt mit steigendem Wassergehalt. Für thermisch belastete Komponenten kann sich der Einsatzbereich dadurch einschränken. Für Prototypen, die unmittelbar nach der Fertigung im noch trockenen, spröden Zustand geprüft werden, kommt hinzu, dass Schlagzähigkeitswerte aus solchen frühen Tests nicht ohne Weiteres auf das Verhalten nach vollständiger Konditionierung übertragbar sind. Daher werden unsere Bauteile nur konditioniert ausgeliefert.
Nachteile abmildern: Nachbehandlung, Faseranteil und Konstruktion
PA6 wird durch die höhere Wasseraufnahme schlagzäher. Als alternatives Polyamid mit weniger Wasseraufanhme kann das SLS-Verfahren mit PA12 in Betracht gezogen werden. PA 12 nimmt merklich weniger Feuchtigkeit auf als PA6. Diese geringere Hygroskopizität macht PA12 zu einer wirkungsvollen Wahl, wenn Maßhaltigkeit oder elektrische Eigenschaften kritisch sind. Für präzise Funktionsbauteile, bei denen eine Maßänderung durch Feuchtigkeit verringert werden soll, kann der Glasfaseranteil bis 30% gewählt werden. Konstruktiv empfiehlt es sich, Toleranzen bewusst nicht zu eng anzusetzen.
FAQ
Wie schneidet Polyamid im Vergleich zu anderen Werkstoffen bei diesen Schwachpunkten ab?
Im Vergleich zu anderen technischen Thermoplasten gehört Polyamid zu den hygroskopischsten Werkstoffen mit einer Wasseraufnahme ca. 3 %. Während in der Serie als Alternative gern auf POM, PC oder PPS gesetzt wird, bleibt im Prototypenbau als Alternative der Blick zum PU (Polyurethan - kein Thermoplast). Das kann mit einer wesentlich geringeren Wasseraufnahme (je nach Typ meist unter 1%) punkten. Man sollte aber prüfen, ob die Aufstellung bei anderen Eigenschaften ausreichend ist.
