Leichtbauweise mit Polyamid-12-Füllung aus langkettigem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff

PA12-Informationen

Bei langkettigem Nylon handelt es sich um ein Nylon mit einer Amidgruppe in der Hauptkettenwiederholungseinheit des Nylonmoleküls, wobei die Länge der Methylengruppe zwischen zwei Amidgruppen mehr als 10 beträgt. Es wird als langkettiges Nylon bezeichnet und umfasst unter anderem Nylon 11 und Nylon 12.

PA12 ist Nylon 12, auch bekannt als Poly(dodecalactam) und Poly(laurolactam). Es handelt sich um ein langkettiges Nylon. Der Basisrohstoff für die Polymerisation ist Butadien, ein teilkristalliner bis kristalliner thermoplastischer Kunststoff. Nylon 12 ist das am weitesten verbreitete langkettige Nylon. Es besitzt die meisten allgemeinen Eigenschaften von Nylon und zeichnet sich neben geringer Wasseraufnahme durch hohe Dimensionsstabilität, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, gute Zähigkeit und einfache Verarbeitung aus. Im Vergleich zu PA11, einem anderen langkettigen Nylon, ist der Rohstoff Butadien für PA12 nur ein Drittel so teuer wie Rizinusöl für PA11. Daher kann PA12 in den meisten Anwendungsbereichen PA11 ersetzen und findet breite Anwendung in Bereichen wie Kraftstoffschläuchen für Kraftfahrzeuge, Druckluftbremsschläuchen, Unterseekabeln und im 3D-Druck.

Unter den langkettigen Nylons bietet PA12 im Vergleich zu anderen Nylonmaterialien große Vorteile. Dazu zählen die geringste Wasseraufnahme, die niedrigste Dichte, ein niedriger Schmelzpunkt, Schlagfestigkeit, Abriebfestigkeit, Kältebeständigkeit, Kraftstoffbeständigkeit, gute Dimensionsstabilität und gute Schalldämpfung. PA12 vereint die Eigenschaften von PA6, PA66 und Polyolefinen (PE, PP) und erzielt so eine Kombination aus geringem Gewicht und guten physikalischen und chemischen Eigenschaften.

PA12-LCF

Vergleicht man das Basismaterial mit Beton, so entspricht die Faser einer Stahlbewehrung; die Mischung beider Materialien ist vergleichbar mit der Zugabe von Stahlbewehrung zu Beton. Reiner Beton würde unter äußerer Belastung leicht reißen. Sobald jedoch die hochfeste Bewehrung hinzugefügt und ausreichend mit Beton umhüllt wird, entsteht eine Einheit. Bei Einwirkung äußerer Kräfte kann die Bewehrung den Großteil dieser Kräfte aufnehmen, wodurch die Tragfähigkeit des gesamten Bauwerks sehr hoch wird.

Kohlenstofffasern weisen viele hervorragende Eigenschaften auf: hohe axiale Festigkeit und hoher Elastizitätsmodul, geringe Dichte, hohe spezifische Leistungsfähigkeit, Kriechfestigkeit, Beständigkeit gegenüber extrem hohen Temperaturen in nicht-oxidierender Umgebung, gute Dauerfestigkeit, spezifische Wärmekapazität und elektrische Leitfähigkeit zwischen Nichtmetallen und Metallen, geringer Wärmeausdehnungskoeffizient und geringe Anisotropie, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Röntgendurchlässigkeit, gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie gute elektromagnetische Abschirmung. Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern besitzen Kohlenstofffasern einen mehr als dreifach höheren Elastizitätsmodul; im Vergleich zu Kevlarfasern ist er etwa doppelt so hoch. Kohlenstofffasern sind unlöslich und quellen in organischen Lösungsmitteln, Säuren und Laugen und weisen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf.

Nylon ist an sich ein technischer Kunststoff mit hervorragenden Eigenschaften, weist jedoch Feuchtigkeitsaufnahme und eine geringe Dimensionsstabilität auf. Auch Festigkeit und Härte erreichen nicht die von Metallen. Um diese Nachteile zu beheben, wurden bereits vor den 1970er Jahren Kohlenstofffasern oder andere Faserarten zur Verstärkung eingesetzt. Kohlenstofffaserverstärkte Nylonwerkstoffe haben sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt, da Nylon und Kohlenstofffasern hervorragende Eigenschaften im Bereich der technischen Kunststoffe aufweisen. Die Synthese von Verbundwerkstoffen spiegelt die Überlegenheit beider wider: Festigkeit und Steifigkeit sind deutlich höher als bei unverstärktem Nylon, das Kriechverhalten bei hohen Temperaturen ist geringer, die thermische Stabilität ist signifikant verbessert, die Dimensionsgenauigkeit ist gut, die Verschleißfestigkeit hervorragend und die Dämpfung im Vergleich zu glasfaserverstärkten Materialien besser. Daher haben sich kohlenstofffaserverstärkte Nylon-Verbundwerkstoffe (CF/PA) in den letzten Jahren rasant entwickelt.

Datenblatt als Referenz

Nylon 12 zeichnet sich durch geringe Wasseraufnahme, gute Kältebeständigkeit, gute Luftdichtheit, ausgezeichnete Alkali- und Fettbeständigkeit, mittlere Beständigkeit gegenüber Alkoholen und verdünnten anorganischen Säuren und Aromaten, gute mechanische und elektrische Eigenschaften sowie Selbstverlöschung aus.

Anwendung

Geeignet für die Automobilindustrie, Sportteile, Solarenergie, hochwertiges Spielzeug und andere Branchen.

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Häufig gestellte Fragen

1. Wie wird bei thermoplastischen Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen eine Kosteneffizienz und Umweltverträglichkeit erreicht?

Thermoplastische Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe werden zur Herstellung von Bauteilen für High-End-Maschinen verwendet. Sie zeichnen sich durch hervorragende Bearbeitbarkeit, Vakuumformbarkeit, Stanzformbarkeit und Biegeverarbeitbarkeit aus.


2 Sind thermoplastische Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe nur für das Spritzgießen geeignet?

Aus verfahrenstechnischer Sicht bietet das Spritzgießen einen höheren Automatisierungsgrad als das Formen. Da das Rohmaterial nicht mit der Außenwelt in Berührung kommt, ist die Produktqualität gewährleistet; es treten keine schwarzen Flecken, Verunreinigungen, ungleichmäßige Farben usw. auf. Die mechanischen Eigenschaften, die Dimensionsstabilität und die Präzision des Produkts sind vergleichsweise höher. Derzeit nutzt der japanische Konzern Toray, einer der führenden Hersteller von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, hauptsächlich das Spritzgießverfahren für kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung komplex geformter Teile und die Massenproduktion. Es ist jedoch zu beachten, dass thermoplastische Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe, die im Spritzgießverfahren hergestellt werden, mit Kurzfasern oder pulverförmigen Kohlenstofffasern verstärkt werden müssen. Dieses Verfahren ist nicht für kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe geeignet.

Im Vergleich zu Spritzgießanlagen sind Pressformanlagen und ihre Werkzeugkonstruktion relativ einfach und kostengünstig in der Herstellung. Die Anlagen eignen sich sowohl für Duroplaste als auch für Thermoplaste und profitieren insbesondere bei der Herstellung von thermoplastischen Kohlenstofffaserprodukten von der langjährigen Erfahrung in der Fertigung von Bauteilen aus Duroplast-Kohlenstofffasern. Durch den Einsatz des Pressverfahrens zur Herstellung von thermoplastischen Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen wird der Rohstoffverlust minimiert und übermäßige Kosten werden vermieden. Bei der Massenproduktion bietet das Verfahren im Vergleich zum Spritzgießverfahren zudem einen günstigeren Preis, um die Marktnachfrage zu decken.

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