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Bild 4. Die Fließeigenschaften der neuen Zytel ® PLUS Polyamide entsprechen denen herkömmlich stabilisierter Polyamide geringeren Verzug als ein entsprechender PA-Standardtyp. Bild 4 vergleicht die Fließeigenschaften der neuen Typen mit den bisher verfügbaren Alternativen. Eine Übersicht über die grundlegenden physikalischen Eigenschaften dieser fünf Typen gibt Bild 5. Heißluftalterung: 1000 h bei 210 °C gut beherrschbar Wie gravierend die Verbesserungen hinsichtlich des Alterungsverhaltens ausfallen, zeigen die Vergleiche der mechanischen Eigenschaften nach Alterung für den Universaltyp Zytel ® PLUS 95G35. Bei einer Alterungstemperatur von 180 °C verliert der herkömmlich stabilisierte Typ nach 3.000 h, entsprechend einer Fahrleistung von rund 150.000 km bei Kfz-Anwendungen, die Hälfte seiner Zugfestigkeit (Abnahme von 210 MPa auf 105 MPa), während der PLUS-Typ bei dieser Temperatur so gut wie gar keinen Einfluss erkennen lässt (Bild 6). Der Vergleich bei einer Alterungstemperatur von 210 °C, die in der Automobilindustrie zunehmend als Entscheidungskriterium gilt, Bild 6. Einfluss der Heißluftlagerung auf die Zugfestigkeiten von herkömm lich stabilisiertem PA66 und dem Universaltyp Zytel ® PLUS 95G35 Bild 5. Die physikalischen Kurzzeit-Eigenschaften der neuen Zytel ® PLUS Polyamide entsprechen denen herkömmlich stabilisierter Polyamide wie Zytel ® 70G35HSL, wobei Zytel ® PLUS 95G50 durch seine hohe Festigkeit und Steifigkeit herausragt macht den Unterschied noch deutlicher. Hier liegt die Halbwertszeit für den Standardtyp bei nur ca. 800 h, während der PLUS-Typ dieser Temperatur über 1.800 h standhält, ehe seine Zugfestigkeit unter die Hälfte des Ausgangswerts abfällt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Standardtyp bereits nahezu vollständig verkohlt. Ein entsprechendes Bild ergibt sich für die Reißdehnung (Bild 7). Während sich diese bei dem herkömmlich stabilisierten PA-Typ bereits nach rund 2.000 h bei 180 °C halbiert, zeigt das neue Polyamid Zytel ® PLUS 95G35 selbst nach 3.000 h nur geringfügige Einbußen. Bei Alterung bei 210 °C liegt die Halbwertszeit des herkömmlich Bild 7. Einfluss der Heißluftlagerung auf die Reißdehnungen von herkömmlich stabilisiertem PA66 und dem Universaltyp Zytel ® PLUS 95G35 4 2010
stabilisierten Typs bei knapp 700 h, während der Zytel ® PLUS-Typ diesen Wert erst nach ca. 1.500 h erreicht und selbst nach 2.500 h noch knapp 1 % Restdehnung (rund 1/3 des Ausgangswerts) aufweist. Mit einem gegenüber dem Standardtyp Zytel ® PLUS 95G35 auf 50 Gew.-% erhöhten Glasfasergehalt bietet Zytel ® PLUS 95G50 die höchste Steifigkeit und Festigkeit innerhalb der neuen Polyamidfamilie (siehe Bild 5). Eine Alterung in Luft bei 180 °C verursacht keine signifikante Verringerung des hohen Ausgangswerts von rund 250 MPa, und selbst nach 2.500 h bei 210 °C bleiben die sehr guten mechanischen Eigenschaften noch auf einem hohen Niveau (Bild 8). Bild 8. Einfluss der Heißluftlagerung auf die Zugfestigkeiten von herkömmlich stabilisiertem PA66 und dem hochsteifen Polyamid Zytel ® PLUS 95G50 Heißöllagerung bei 150 °C: Zähigkeit bleibt erhalten Angesichts der für Zytel ® PLUS 95G35 vorgesehenen Anwendungen wie Zylinderkopfhauben, Ölwannen und Ölfiltermodule ist die Alterungsbeständigkeit in Heißöl ein entscheidendes Kriterium. Dabei kommt der Schlagzähigkeit eine besonders hohe Aussagekraft für den Praxiseinsatz zu. Bild 9 zeigt deren Verlauf über der Heißöl-Einwirkzeit, sowohl für den herkömmlich stabilisierten Typ als auch für Zytel ® PLUS 95G35. Die dafür gewählte Dauereinsatztemperatur von 150 °C ist ein Wert, der bei modernen Motoren mit hoher Leistungsdichte durchaus üblich ist. Der PA-GF-Standardtyp verliert nach 3.000 Stunden die Hälfte seiner Ausgangszähigkeit. Entsprechend hoch war bisher der bei der konstruktiven Auslegung zu berücksichtigende Sicherheitsfaktor anzusetzen, so dass die möglichen Gewichtsvorteile der Kunststoffe gegenüber Leichtmetallen nicht in vollem Maße ausgenutzt werden konnten. Der hier geprüfte Universaltyp Zytel ® PLUS 95G35 behält seine Schlagzähigkeit unter diesen Einsatzbedingungen, und dieses Ergebnis lässt sich auch auf die anderen neuen Zytel ® PLUS-Typen übertragen. Zu Versuchsbeginn bewirkt die Heißöllagerung sogar eine Duktilitätssteigerung um rund 10 %, die sich nach rund 1.500 h neutralisiert. Probekörper, die nach dieser Zeit entnommen wurden, zeigten im Pendelschlagversuch die gleiche Schlagzähigkeit wie das ungealterte Material, während die des herkömmlich stabilisierten Vergleichsmaterials zu diesem Zeitpunkt bereits von 80 kJ/m² auf unter 55 kJ/m² abgesunken war. Besonders beeindruckend ist der weitere Verlauf der Schlagzähigkeit über der Zeit: Während der entsprechende Wert für den herkömm - lichen PA-Typ kontinuierlich weiter bis auf die Hälfte des Ausgangswerts abfällt, bleibt die Zähigkeit des neuen Polyamids Zytel ® PLUS 95G35 auch noch nach 3.000 h unverändert auf Ausgangs niveau erhalten. Das heißt: Eine Heißölalterung bei 150 °C findet hier im praxisrelevanten Zeitraum nicht statt! Aus diesen Prüfergebnissen ergibt sich bei der Auslegung heißölführender Teile die Möglichkeit, niedrigere Sicherheitsfaktoren anzuwenden und damit material- und gewichtssparender zu konstruieren, ohne dabei die Bauteilsicherheit zu verringern. Salznebel: Beständigkeit verdoppelt Ein entscheidendes Kriterium für Bauteile, die ungeschützt im Unterbodenbereich von Kfz montiert sind, ist die Beständigkeit gegen in Wasser gelöstes Calciumchlorid (CaCl 2 ), das beispielsweise in Asien, Russland und Kanada als Tausalz verwendet wird. Um diese Eigenschaft beurteilen zu können, wurden Probekörper zweiseitig angespritzt, um eine ausgeprägte Bindenaht zu erhalten. Bild 9. Einfluss der Heißöllagerung auf die Schlagzähigkeit von herkömmlich stabilisiertem PA66 und dem Universaltyp Zytel ® PLUS 95G35 2010 5
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