Arten von Nylon: Wie sie sich unterscheiden

Wir alle haben schon einmal von Nylon gehört, und die meisten von uns kommen täglich damit in Berührung. Dieses bekannte Polymer wurde erstmals 1935 vom Chemiker Wallace Carothers von DuPont synthetisiert und zunächst als Ersatz für Seide in Damenstrümpfen verwendet. Der Zweite Weltkrieg erweiterte jedoch den Anwendungsbereich von Nylon erheblich, und das neuartige Material fand bald Verwendung in allen Bereichen, von Fallschirmen über Lkw-Reifen bis hin zu Zelten und Kraftstofftanks. Es hat sich zu einer der beliebtesten und am weitesten verbreiteten synthetischen Fasern entwickelt, die je erfunden wurden. 

Was ist Nylon?

Nylon ist ein Polyamid oder PA, eine Gruppe synthetischer und natürlicher Polymere, die aufgrund ihrer Amidbindungen (eine an ein Stickstoffatom gebundene Carbonylgruppe) eine überragende Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen. Weitere Beispiele sind Kevlar, Nomex, Pebax und ähnliche Hochleistungsmaterialien. Wie Nylon zeichnen sich alle durch eine Reihe von wünschenswerten Eigenschaften aus – Kevlar beispielsweise ist für seine Robustheit bekannt, weshalb es in kugelsicheren Westen verwendet wird, während Nomex häufig in Feuerwehrbekleidung zu finden ist. 

Natürlich stellen wir keine Kleidungsstücke her, aber wir fertigen eine große Auswahl an einzigartigen, hochwertigen Teilen aus mehr als zwei Dutzend Nylonqualitäten. In diesem Artikel werden einige der Eigenschaften und Anwendungsbereiche dieser verschiedenen Materialien untersucht und die zu ihrer Verarbeitung verwendeten Fertigungstechnologien angesprochen.

Nylon 6 (PA 6): widerstandsfähig, aber Kontakt mit Wasser vermeiden

Bei einem Rundgang durch unsere Maschinenhallen können Sie möglicherweise Teile sehen, die aus PA 6, einer aus der organischen Verbindung Caprolactam synthetisierten Nylonsorte, CNC-gefräst werden. Die Polymerketten in Nylon 6 bestehen aus sich wiederholenden Ringen mit jeweils sechs Kohlenstoffatomen, daher auch der Name. Wie andere Nylonsorten ist auch PA 6 für seine hohe Zugfestigkeit, Zähigkeit und Elastizität bekannt. Es hat jedoch eine bemerkenswerte Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen, was sich negativ auf seine Dimensionsstabilität und mechanischen Eigenschaften auswirken kann. Nylon 6 beginnt bei etwa 220 °C (428 °F) zu schmelzen. Es ist beständig gegen viele Chemikalien, Öle und Lösungsmittel, ist selbstschmierend und weist eine gute Abriebfestigkeit auf.

Mit einem Gewicht, das nur ein Achtel des Gewichts von Bronze beträgt, eignet sich Nylon 6 unter anderem für Zahnräder und Buchsen, Automobilkomponenten wie Ansaugkrümmer und Motorabdeckungen und wird aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften häufig für Isolatoren und Steckverbinder verwendet. Wir bieten zwei Sorten von gegossenem Nylon 6 an – PA 6 Black und PA 6 Blue –, wobei letzteres wärmestabilisiert ist und eine um 10 % höhere Betriebstemperatur aufweist.

Nylon 6/6: Zäher und verschleißfester

Was für einen Unterschied ein paar Kohlenstoffatome machen können! Nylon 6/6 (auch bekannt als Nylon 66 oder PA 6/6) wird aus zwei Monomeren synthetisiert – Adipinsäure und Hexamethylendiamin –, die jeweils Ringe aus sechs Kohlenstoffatomen beitragen, was ihm das Suffix 6/6 verleiht. Diese sich wiederholenden Ringe erhöhen die Zugfestigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit des Materials im Vergleich zu Nylon 6, während sie gleichzeitig das Feuchtigkeitsaufnahmepotenzial senken und den Schmelzpunkt auf etwa 500 °F (260 °C) erhöhen. Damit ist Nylon 6/6 ein zäherer, festerer (um etwa 20 %) und verschleißfesterer großer Bruder von Nylon 6, obwohl es in vielen der gleichen Anwendungen zu finden ist.

In unserer Maschinenwerkstatt sind zwei Sorten erhältlich – Nylon 6/6 natur und Nylon 6/6 glasgefüllt (mehr zu Füllstoffen später), während der Kunststoffspritzguss-Service viele Varianten von PA 66 anbietet, die meisten davon mit einer Art Füllstoff. Auch dazu gleich mehr.

Nylon 6/12 (PA 6/12): Feuchtigkeitsbeständigkeit für Spritzguss

Ebenfalls in der Kunststoffspritzgussabteilung zu finden ist Nylon 6/12, das sich durch abwechselnde Moleküle der Monomere Hexamethylendiamin (mit 6 Kohlenstoffatomen) und Dodecandisäure (12 Kohlenstoffatome) auszeichnet. Es ist etwas weniger fest als PA 6 oder PA 66 und hat eine Schmelztemperatur, die zwischen den beiden liegt, ist aber weniger anfällig für Feuchtigkeitsaufnahme als beide.

Die Borsten Ihrer Zahnbürste könnten aus PA 6/12 bestehen, ganz zu schweigen von den Kraftstoffleitungen in Ihrem Auto, der Ummantelung der elektrischen Kabel, den Reißverschlüssen Ihres Campingzeltes und allen anderen Anwendungen, bei denen eine stabilere, feuchtigkeitsbeständige Nylonqualität erforderlich ist. Wir bieten eine zu 33 % glasgefüllte Version von Polyamid 6/12 – Zytel 77G33L NC010 – für den Spritzguss an, die vom Hersteller DuPont als „Hochleistungspolymer” mit Additiven für Schmierfähigkeit und Formbarkeit bezeichnet wird.

Nylon 11 (PA 11): Drucken mit einem nachhaltigen Kunststoff

Wenden wir uns nun dem 3D-Druck zu. PA 11 wird aus 11-Aminoundecansäure synthetisiert, einem Monomer, das aus Rizinusöl gewonnen wird. Damit ist es eines der „umweltfreundlichsten” Nylons, obwohl alle Nylons gewisse Herausforderungen beim Recycling mit sich bringen. Wie Sie vielleicht bereits erraten haben, enthält jede sich wiederholende Verbindung der Polymerketten von Nylon 11 elf Kohlenstoffatome. Wir verwenden Pulver aus schwarzem PA 11 in unseren SLS-3D-Druckern (selektives Lasersintern).

Das Material bietet eine gute Balance zwischen Festigkeit und Flexibilität sowie eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Außerdem nimmt es im Vergleich zu Nylon 6 oder 6/6 weniger Feuchtigkeit auf, wodurch es unter feuchten Bedingungen eine bessere Dimensionsstabilität aufweist, hat jedoch einen niedrigeren Schmelzpunkt von 210 °C (410 °F). Kombinieren Sie diese Eigenschaften mit einer hohen UV-Beständigkeit, und Sie werden feststellen, dass PA11 die erste Wahl für viele Outdoor-Anwendungen ist – beispielsweise für Skischuhe und andere Sportartikel oder für Teile, die Schnappverbindungen und Scharniere enthalten.

Nylon 12 (PA 12): Solider Performer mit einer anderen Molekülform

PA 12 ist ein weiteres beliebtes Material, das sowohl im SLS- als auch im Multi Jet Fusion-3D-Druck verwendet wird. Es handelt sich um ein lineares aliphatisches Polyamid, was bedeutet, dass seine Struktur aus offenen Ketten von Kohlenstoffatomen (in diesem Fall 12) und nicht aus Ringen besteht. Es weist eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit auf, insbesondere gegenüber verschiedenen Chemikalien, Salzen und Ölen, hat jedoch einen niedrigeren Schmelzpunkt von etwa 180 °C (356 °F). Und wie PA 11 nimmt es weniger Feuchtigkeit auf als andere Polyamide, wodurch es unter verschiedenen Umgebungsbedingungen formstabil bleibt.

Es sind schwarze und weiße Qualitäten sowie glas- und mineralgefüllte Versionen erhältlich, die beide die mechanischen und thermischen Eigenschaften von PA 12 verbessern. Gehäuse und Befestigungen werden häufig aus PA 12 (gefüllt oder ungefüllt) gedruckt, ebenso wie einige Katheter und andere medizinische Komponenten (PA 12 gehört zu den biokompatibleren Nylonsorten), Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge, Kosmetikverpackungen, elektrische Steckverbinder und vieles mehr.

Lücken füllen

Wie bereits erwähnt, bieten wir allein für den Spritzgussprozess etwa zwei Dutzend Nylon-Typen an. Mit wenigen Ausnahmen basieren die meisten davon auf Nylon 66 mit unterschiedlichen Füllstoffen. Am häufigsten werden glasgefüllte Nylons verwendet, die, wie der Name schon sagt, mit Glasfasern verstärkt sind, um ihre mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität zu verbessern. Der Anteil liegt zwischen 13 % (Hylon Select N1013HL) und 33 % (Vydyne R533H und Zytel 70G33 sind zwei Beispiele).

Es sind auch mineralverstärkte Nylons erhältlich, wie z. B. Minlon 10B40, sowie Nylons, die Schlagzähmodifikatoren (Zytel ST-80) oder UV-Stabilisatoren (RTP 200 200 UV) enthalten. Wie bereits erwähnt, bieten diese und einige andere „Spezial”-Nylons eine höhere Leistung in anspruchsvollen Anwendungen, allerdings zu einem höheren Preis.

Beachten Sie bitte, dass Glas- und Mineralfüllstoffe zwar erhebliche Vorteile für den Spritzguss bieten, aber auch abrasiver sind als ihre ungefüllten Pendants und dazu neigen, Formhohlräume und -kerne schneller abzunutzen.

Wie immer können Sie sich zu Beginn des Projektentwicklungsprozesses von Ihrem Protolabs-Vertreter hinsichtlich der Polymerauswahl, des Formdesigns und anderer Fertigungsfragen beraten lassen, um spätere Probleme zu vermeiden.