Polyamid PA 6 (Nylon 6): Eigenschaften, Wasseraufnahme und GF-Typen
Polyamid 6 (PA 6, auch Nylon 6) ist ein teilkristalliner Engineering-Thermoplast mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, gutem Gleitverhalten und breiter chemischer Beständigkeit. Die Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Steifigkeit – besonders in glasfaserverstärkten Ausführungen – macht PA 6 zum Standardwerkstoff für technische Bauteile in Automotive, Elektrotechnik, Textilmaschinen und Konsumgütern.
Synthese und Struktur
PA 6 wird durch ringöffnende Polymerisation von ε-Caprolactam hergestellt – im Gegensatz zu PA 66, das durch Polykondensation aus zwei Monomeren (Hexamethylendiamin + Adipinsäure) entsteht. Die PA-6-Kette besitzt regelmäßige Amidgruppen (–CO–NH–) im Abstand von 6 Kohlenstoffatomen, die starke intermolekulare Wasserstoffbrücken bilden. Diese Wasserstoffbrücken sind verantwortlich für die hohe Zugfestigkeit und den hohen Schmelzpunkt.
Der Kristallisationsgrad von PA 6 liegt bei 35–45 % und hängt stark von der Abkühlgeschwindigkeit ab: langsame Abkühlung ergibt höhere Kristallinität, höhere Dichte und höhere Steifigkeit, aber geringere Zähigkeit. Schnelle Abkühlung (Spritzguss, Kältewerkzeug) ergibt amorphere Randschicht, bessere Oberfläche und höhere Kerbschlagzähigkeit.
Wasseraufnahme: Die zentrale Herausforderung
Die hydrophilen Amidgruppen in PA 6 nehmen Wasser aus der Umgebung auf. Dies ist die wichtigste werkstofftechnische Besonderheit von PA 6 und hat gravierende Auswirkungen auf alle Kennwerte:
| Zustand | Feuchtegehalt | Zugfestigkeit | E-Modul | Kerbschlagzähigkeit |
|---|---|---|---|---|
| Trocken (0,2 %) | 0,2 % | 80–85 MPa | 3.200 MPa | 5 kJ/m² |
| Konditioniert (2,5 %) | 2,5 % | 60–70 MPa | 1.600 MPa | 40–60 kJ/m² |
| Wassergesättigt (9–10 %) | 9–10 % | 40–45 MPa | 500 MPa | nicht gebrochen |
Für Auslegung und Kennwertangabe gilt: Normkennwerte werden im konditionierten Zustand (ISO 1110, 70 °C / 62 % rel. F.) angegeben. Bauteile aus PA 6 sollten immer im Gleichgewichtszustand der geplanten Einsatzbedingung ausgelegt werden. Trockenes PA 6 im Kaltzustand kann spröde brechen – Konditionierung durch Lagerung in Wasser oder feuchter Luft vor dem Einsatz ist oft erforderlich.
Mechanische und thermische Kennwerte
Trocknung und Verarbeitung
PA 6 muss vor der Schmelzeverarbeitung intensiv getrocknet werden, da bereits 0,2 % Restfeuchte zu Hydrolysereaktionen und Blasenbildung in der Schmelze führt. Empfohlene Trocknung im Trockenlufttrockner: 80 °C / 4–6 Stunden (bei Standardgranulat), für extrem feuchtes Material 95 °C / 8 h. Lagerhaltung nur in dichten Behältern oder Oktabins mit PE-Inliner.
- Massetemperatur: 240–280 °C (GF-Typen: 260–290 °C)
- Werkzeugtemperatur: 40–80 °C (hohe WT = mehr Kristallinität, glattere Oberfläche)
- Einspritzdruck: 700–1.200 bar
- Schwindung: 0,6–1,4 % (quer 0,8–1,4 %, längs 0,4–1,0 %); GF30: 0,2–0,5 %
- Nachdruckzeit: bis zum Einfrieren des Anschnitts wichtig, danach kein Effekt
Klassifikation nach ISO 1874
Die Norm ISO 1874 regelt die Bezeichnung von PA-Formmassen. Der Designierungsblock enthält: Polymertyp (PA), Monomereinheit (6), Viskositätszahl in ml/g, Schlagzähigkeitsklasse und Füllstoff- bzw. Modifikationsbezeichnung. Beispiel: PA 6 – 225 – G6 – Xb25 bezeichnet ein PA 6 mit Viskositätszahl 225 ml/g, ungekerbter Charpy-Klasse G6 und 25 % Glasfaser (Xb).
Glasfaserverstärkte PA-6-Typen
GF-verstärkte PA-6-Typen (PA6-GF10 bis PA6-GF60) dominieren technische Anwendungen im Automotive-Bereich (Motorhaube, Ansaugrohr, Getriebegehäuse), Elektrotechnik (Steckverbinder, Spulenträger) und im Maschinenbau. GF-Verstärkung steigert E-Modul von 3.000 auf bis zu 16.000 MPa, Zugfestigkeit von 80 auf 200 MPa und HDT-A von 65 auf 210 °C. Nachteil: Anisotropie durch Faserorientierung, höhere Abrasivität im Werkzeug (verschleißfeste Stähle erforderlich), verminderte Oberfläche.
Häufige Fragen zu Polyamid PA 6
Weiterführend: Wikipedia: Polyamid · Im Portal: Polyamid PA 66 · ISO 1874 · Glasfasern als Füllstoffe