Polyamide als technische Hochleistungswerkstoffe

Polyamide sind eine Klasse teilkristalliner oder amorpher Thermoplaste, deren Makromoleküle Amidgruppen (‑CONH‑) in der Hauptkette enthalten. Sie entstehen typischerweise durch Polykondensation von Diaminen mit Dicarbonsäuren (z.B. PA6.6 aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure) oder durch ringöffnende Polymerisation von Lactamen (z.B. PA6 aus ε‑Caprolactam).

Die Amidgruppen ermöglichen intensive intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen, was zu hoher Festigkeit, Steifigkeit und guter thermischer Beständigkeit führt. Gleichzeitig besitzen Polyamide eine ausgeprägte Feuchtigkeitsaufnahme, die zu Plastifizierung, Verringerung von E‑Modul und Festigkeit, aber Verbesserung der Zähigkeit führt. Dieses hygroskopische Verhalten ist für Dimensionstoleranzen und Langzeitverhalten konstruktiv zu berücksichtigen.

Wesentliche werkstoffliche Kennwerte sind Schmelztemperatur (typisch 210–265 °C für Standardtypen), Glasübergangstemperatur, Kristallinität, Kriech- und Ermüdungsverhalten sowie tribologische Eigenschaften. Durch Glas-, Kohlenstofffaser- oder Mineralkurzfaserverstärkung werden mechanische Kennwerte, Wärmeformbeständigkeit und Maßstabilität signifikant erhöht, wodurch glasfaserverstärkte Polyamide konventionelle Metallwerkstoffe in vielen Anwendungen ersetzen.

Polyamide werden breit in strukturellen Anwendungen eingesetzt: im Automobilbau (Gehäuse, Luftführungen, Strukturbauteile), in der Elektrotechnik (Steckverbinder, Isolationskomponenten) sowie als Fasern (Nylon) in Textilien und technischen Geweben. Werkstofftechnisch relevant sind Alterung durch Hydrolyse, Oxidation und Thermooxidation, Spannungsrissbildung gegenüber bestimmten Medien sowie Schweiß- und Fügbarkeit (u.a. Heizelement-, Ultraschall- und Laserschweißen).

Aktuelle Entwicklungen umfassen teilaromatische Hochtemperatur‑Polyamide mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit und Barriereeigenschaften sowie biobasierte Varianten (z.B. aus Sebacinsäure, 11‑Aminoundecansäure) zur Reduktion des fossilen Kohlenstoffanteils. Für die Bauteilauslegung sind die Kopplung von Feuchtigkeit, Temperatur und Lastkollektiv in simulationsgestützten Lebensdauermodellen von zentraler Bedeutung.

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