Fachinformationen rund um's Kleben von

Polyamid (PA) kleben

Der Thermoplast Polyamid (kurz PA) ist hochfest und schlagzäh. Seine Abrieb- und Verschleißfestigkeit in Verbindung mit hervorragenden Gleiteigenschaften machen das Material zu einem bevorzugten Konstruktionswerkstoff im Maschinen- oder Fahrzeugbau. Wegen seiner hohen mechanischen Festigkeit hat es mittlerweile sogar viele Metallbauteile im Fahrzeugbau verdrängt – teils verstärkt mit Carbon- oder Glasfasern. Doch PA gilt als nicht einfach zu kleben. Hohe Verbundfestigkeiten von PA-Werkstoffen erfordern den Einsatz von speziellen Vorbehandlungsmethoden bzw. eigens dafür entwickelte, reaktive Klebstoffe.

Klebstoffe für Polyamid

Polyamide sind polare Kunststoffe mit einer Oberflächenenergie von nur 43,0 mN/m (PA 6). Dies und die hohe Lösemittel- und Chemikalienbeständigkeit führen dazu, dass Polyamide generell nicht auf einfache Art und Weise zu kleben sind. Bei der Auswahl des richtigen Klebstoffs entscheidet neben der Klebstoffformulierung und der Oberflächenenergie (auch: Oberflächenspannung) des Klebstoffs auch die Oberflächenbeschaffenheit (Rauheit, Material, Feuchtigkeit) des Substrates über die maximal erzielbare Haftkraft des Klebstoffs.

Hohe Verbundfestigkeiten von PA-Werkstoffen erfordern den Einsatz von speziellen Vorbehandlungsmethoden bzw. eigens dafür entwickelte, reaktive Klebstoffe. Für überaus stark belastete Klebungen kann die Festigkeit weiter gesteigert werden wenn eine Oberflächenvorbehandlung mittels Polyamid-Primer erfolgt. Diese sollten in einer möglichst dünnen Schicht auf die gereinigten und gegebenenfalls angerauten Oberflächen der Polyamide aufgetragen werden. Nach einer bestimmten Einwirkzeit des Primers können die Bauteile in der Regel gut geklebt werden.

6 Profitipps zum Kleben von Polyamid

  1. PA 6 gegen PA 6 kann mittels Lösemittelklebstoff Methansäure (allgemein als Ameisensäure bezeichnet) angelöst und damit auch geklebt werden. Vor der Anwendung: Klebeflächen reinigen, trocknen und ablüften lassen. Anschließend beide Flächen mit konzentrierter Ameisensäure einstreichen. Achtung: Methansäure ist ätzend! Profitipp: Je nach Polyamid-Typ erfordert es unterschiedliche Konzentrationen an Ameisensäure (PA 6.6  80 % und PA 6  70 %). Optimal ist es, die Ameisensäure vor der Verarbeitung mit 5 – 10 % Polyamid-Granulat einzudicken.
  2. Marktgängig sind hier aber auch anwendungsfertige Lösemittelklebstoffe, wie etwa Scotch-Weld 1099 von 3M – ein spezieller Kunststoff-Klebstoff auf Nitrilkautschukbasis mit einer langen Klebspanne, der höchste Festigkeit nach Hitzeaktivierung erreicht. Er eignet sich zum Kleben von PA gegen PA, aber auch von Polyamid auf verschiedenen Gummimaterialien, Hartgeweben und -papieren, auf Holz, Filz, Leder und auf Metallen. Alternativ funktioniert hier auch den Scotch-Weld Kunststoffklebstoff 4693 zum Verbinden von PA mit vielen Kunststoffen inkl. Polyethylen, Polypropylen, schlagfestem Polystyrol, Acrylglas, Hart-PVC, Polycarbonat oder ABS.
  3. Wenn es darum geht, dauernd elastische Verbindungen größerer Flächen mit guter Dichtwirkung auch bei ungleichmäßigen Fugen von PA gegen andere Materialien herzustellen, funktioniert auch ein 1-Komponenten-Klebstoff mit modifiziertem Polyurethan gut. Beispielhaft sei hier das Produkt Scotch-Weld TS 230 genannt. Es handelt sich um einen reaktiven Polyurethan-Schmelzklebstoff mit 100 Prozent Festkörperanteil. Vorteil: Wegen der langen Klebspanne erlaubt das flexible Produkt Korrekturen noch nach dem Auftrag. Dann erfolgt ein schneller Festigkeitsaufbau, der zu einer hohen konstruktiven Endfestigkeit führt. Scotch-Weld TS 230 ist prädestiniert zum Kleben von Kunststoffen wie PA mit PMMA, PC, PVC, Polystyrol etc., Metallen, Faserverbundwerkstoffen, Gummi sowie Textilien. Auch hier verbessert ein Primer die Klebekraft zusätzlich.
  4. PA 6 gegen andere Materialien kleben – bevorzugt große Flächen lassen sich auch mit einem 2-Komponenten-Klebstoff auf Epoxidharz-Basis kleben. Ansonsten gilt auch hier: Klebeflächen trocknen, anrauen, mit Aceton entstauben und ablüften lassen. Allerdings empfiehlt sich hier zur Erhöhung der Klebekraft eine vorherige Haftgrundierung oder ein Beizen mit Chromschwefelsäure.
  5. Insbesondere für Klebeverbindungen, die hohen Temperaturen, starken Vibrationen, und rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, haben sich zähelastische, schnell härtende, fugenfüllende 2-K Methylmethacrylat (MMA) sowie 2-K Polyurethan (PUR) Klebstoffe bewährt. Composite Materialien aus GFK-verstärkten Polyamiden lassen sich bevorzugt mit reaktiven 2-K Klebstoffen effektiv verbinden.
  6. Eine weitere Möglichkeit PA 6 gegen andere Materialien zu kleben und bevorzugt bei kleineren Flächen im Bereich von wenigen Quadratzentimetern: mit Cyanacrylat-Sekundenkleber, bei denen die Härtung durch Luftfeuchtigkeit eingeleitet wird.
    Genannt sei hier etwa das Scotch-Weld SI Gel von 3M – ein hochviskoser, thixotroper Cyanacrylat-Klebstoff auf Ethyl-Hybrid Basis. Das für hochfeste Universalklebungen geeignete Gel erreicht auf PA Zugscherfestigkeiten von 6,6 MPa, wird eingesetzt bei Überkopfanwendungen und auf vertikalen Flächen, auf porösen und sauren Oberflächen und verfügt über sehr gute Spaltfülleigenschaften. Hier verbindet das Gel auch schwer zu klebende Materialpaarungen wie PA, PVC, PP, ABS untereinander sowie PA mit Metallen, Holz, Leder, Textilien. Zur Haftverbesserung ist es ratsam die Oberflächen vorher leicht anrauen. Reinigen und Entfetten der Klebeflächen gelingt mit Aceton. Dann trocknen und ablüften lassen.

Kleine Materialkunde PA

Polyamide (Kurzzeichen PA) zählen zu den wichtigsten technischen Thermoplasten. Es handelt sich um lineare Polymere, bei denen sich entlang der Hauptkette Amidbindungen regelmäßig wiederholen. Amin und Carbonsäure stellen dabei das Kondensationsprodukt der Amidgruppe dar.

Allgemeine Struktur von Polyamiden

Im Alltag am häufigsten anzutreffen sind aliphatische Polyamide: PA aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin (leicht kristallisierende Polyamide PA 6.6) oder aus ε-Caprolactam (Polycaprolactam, kurz PA 6). Diese beiden PA-Sorten machen mit 95 Prozent den Hauptteil aller Polyamidvarianten aus. Bei den nichtfaserigen Polyamiden kommt der Großteil als Kunststoffgranulat auf den Markt, dass so im Spritzguss zu Produkten verarbeitet wird.

Geschichte

Entwickelt wurde der Werkstoff Polyamid bzw. die PA-Faser Nylon 1938 in den DuPont-Labors von Wallace H. Carothers. Als Gattungsname für lineare aliphatische Polyamidfasern wird Nylon im angelsächsischen Raum seit 1938 vom Chemiegiganten DuPont vertrieben. Hierzulande wurden die Kunststofffasern 1938 unter dem Warenzeichen Perlon (Polyamid 6) als deutsche Alternative zu Nylon (Polyamid 6.6) für die I.G.-Farbenindustrie AG von Paul Schlack entwickelt. Im Laufe der Zeit wurden Polyamide zu den wichtigsten Kunststoffen für belastete Maschinenteile.

Gängige Handelsnamen für PA-Faserprodukte sind:

Perlon, I. G. Farbenindustrie

Nylon, DuPont de Nemours

Timbrelle

Dederon, Markenname für PA-6-Fasern aus der DDR

Wichtige Handelsnamen für nichtfasrige Polyamide sind:

Durethan (Lanxess)

Vestamid (Evonik)

Miramid (BASF)

Ultramid (BASF)

Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Polyamiden

Aufgrund der teilkristallinen Struktur sind Polyamide hochfest, gleichzeitig schlagzäh, steif und verfügen bei einer glatten Oberfläche über einen hohen Verschleißwiderstand und gute Abriebfestigkeit. Die gut zu verarbeitenden nichtfaserigen Polyamide werden deswegen häufig als Konstruktionswerkstoffe verwendet. Außerdem besitzen diese Kunststoffe hervorragende Gleiteigenschaften. Gegenüber organischen Lösemitteln besteht gute chemische Beständigkeit, doch kann PA leicht von oxidierenden Chemikalien oder Säuren angegriffen werden.

Zwar erstreckt sich ein Großteil der Polyamidproduktion auf textile Synthesefasern, z. B. vom Kletterseil über Regenbekleidung, Sportbekleidung, Fallschirme, Flugdrachen bis hin zur Hochsee-Schlepper-Trosse und technischen Geweben. Doch daneben sind auch nichtfaserige Polyamide recht verbreitet und finden nicht nur Verwendung bei der Produktion von bruchfesten Haushaltsgegenständen, sondern auch bei technischen Bauteilen, wo es auf eine hohe Abriebfestigkeit ankommt. Dazu zählen:

  • Maschinenteile (Gleitlager, Zahnräder, Laufrollen Abdeckungen)
  • Dübel, Kabelbinder, Schrauben und Muttern
  • Isolationsmaterial für die Elektrotechnik
  • Gehäuse von Elektrowerkzeugen

Aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegenüber Kraft- und Schmierstoffen bei Temperaturen bis 150 °C wird PA auch im Fahrzeugbau für Motorkomponenten wie Ansaugsysteme, Motorabdeckungen, Druckluftsysteme, Bremsen, Fahrwerk, Ölwannen, starre Kraftstoffleitungen und -tanks eingesetzt. Polyamide haben wegen der hohen mechanischen Festigkeit mittlerweile sogar zahlreiche Komponenten aus Metall im Fahrzeugbau verdrängt. Diese sind zur weiteren Erhöhung von Festigkeit und E-Modul oft zusätzlich noch mit Glas- oder Carbonfasern verstärkt.

Erkennung

Polyamide sind schnell und einfach ohne Hilfsmittel zu identifizieren: dies gelingt am leichtesten mit der Brennprobe. Dazu wird ein Stück des zu prüfenden Kunststoffteils am Rand entzündet. Polyamid brennt im Kern mit einer blauen Flamme mit gelborangefarbenem Rand. Das angebrannte Material schäumt dabei etwas auf, bildet braunschwarze Ränder und tropft in Fäden ab. Der Rauch riecht leicht hornartig, wenn die Flamme gelöscht wird.