Die Erfolgsgeschichte der langkettigen Polyamide

(Bild: Arkema Inc., mit freundlicher Genehmigung von Getty Images)

Langkettige Polyamide (LCPA) werden seit mehr als 65 Jahren zur Herstellung von medienführenden Hochleistungstransferleitungen in der Automobilindustrie verwendet. Das biobasierte Rilsan® Polyamid 11 von Arkema war das erste LCPA, welches 1955 für den Einsatz im damals hochinnovativen Citroën DS 23 sowohl für Kraftstoff- als auch für hydraulische Federungsleitungen ausgewählt wurde und Polyamid 11 bleibt nach wie vor „der weltweite Maßstab“ für wirklich nachhaltige fortschrittliche Polyamid-Chemie.

Bei den meisten Fahrzeugen sind LCPAs aufgrund ihrer einzigartigen Kombination aus Leichtigkeit (Dichte ~ 1), Flexibilität (bis zu 300 MPa) und extremen mechanischen und chemischen Beständigkeiten, selbst gegenüber sehr aggressiven Biokraftstoffen, sauren Benzinen, Kühlflüssigkeiten, Blow-By-Gasen usw. nach wie vor die weltweit führende Lösung.

Aufgrund dieser Vorteile wurden LCPAs Ende der 1980er Jahre auch für Schnellkupplungen (QC) im Bereich Automobilleitungen eingesetzt. Eine intelligente Technologie, die durch den Automobilzulieferer ARaymond Fluid Connection eingeführt wurde. Diese Innovation ersetzt schwerere, leistungsschwächere und weniger zuverlässige Metall-Gummi-Klemmlösungen bei einigen sicherheitsrelevanten Anwendungen wie zum Beispiel Kraftstoffleitungen. Dies ist inzwischen der Marktstandard und die fast einzige Lösung, welche heute von Automobilherstellern weltweit gewählt wird. Diese Erfolgsgeschichte ist in der Tat ein sehr gutes Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen LCPA-Materialherstellern – Arkema ist hier einer der Weltmarktführer – und Bauteilproduzenten. Im Laufe der Jahre gab es zahlreiche Innovationen, um die technische Leistungsfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit von Schnellkupplungen zu steigern. Die jüngste Einführung der Selfy®-Technologie durch die ARaymond Fluid Connection ist hier ein perfektes Beispiel.

Ein Schnellverbinder für medienführende Transportleitungen in der Automobilindustrie besteht aus einem starren Körper mit einem Verriegelungssystem, welches das automatische Anschließen eines Buchsenverbinders durch einfaches Einsetzen mit einer sogenannten „männlichen“ Schnittstelle ermöglicht, ohne dass Schrauben erforderlich sind. Auf der anderen Seite des Verbinders wird die Rohr-zu-Verbinder-Anordnung normalerweise durch mechanisches Einführen des Rohres auf eine „männliche“ Schnittstelle (Tannenbaumdesign) hergestellt. 30 % glasfaserverstärktes Polyamid 12 (Rilsamid® AZM30) wird aufgrund der Kombination aus hoher mechanischer und chemischer Beständigkeit, insbesondere gegenüber Streusalzen (Metallchloriden), normalerweise für Schnellkupplungskörper verwendet.

Um Lösungen mit spezifischeren Anforderungen zu bieten, wurden weitere innovative Typen entwickelt:

Kohlefaserverstärktes Polyamid 12, Rilsamid® ASR13, wurde für Materialien zur Kontrolle elektrostatischer Entladungen (ESD) in leitfähigen Kraftstoffleitungen entwickelt. Diese Güteklasse ist in den USA für jedes Leichtfahrzeug vorgeschrieben und wird weltweit von allen amerikanischen Automobilherstellern sowie südkoreanischen Herstellern verwendet. Seit geraumer Zeit breitet sich dieser Trend auch auf europäische Hersteller aus.
Die hochtemperaturbeständigen und extrem chemikalienbeständigen teilaromatischen Polyamide, wie Rilsan® HT CZM30 haben die nachfolgenden, markanten Vorteile:
höchste Beständigkeit gegenüber Biokraftstoffen mit hohem Ethanolgehalt (E85)
eine vollständige Werkzeugkompatibilität mit Rilsamid® AZM30 (begrenzte Werkzeugkühltemperatur, gleiche Materialschwindung usw.)
Kompatibilität mit verschiedenen Montagetechniken für Rohrverbinder, einschließlich Schweißen. (Dies ist die bevorzugte Technologie für Leitungen mit sehr kleinem Durchmesser wie SCR-Leitungen (Selective Catalyst Reduction), die AdBlue®-Harnstoff der neuesten Dieselmotoren -Euro 6 und höher- enthalten)
Lasertransparente Materialien, wie Rilsamid® AZM30 Laser und Rilsan® HT CZM30 Laser, sind ideal für Leitungssysteme, die eine Kombination aus kritischem Design (kleiner Tannenbaum) und weiterhin hohen Dichtheitsanforderungen erfordern, wie zum Beispiel, SCR-Leitungen. Diese Qualitäten erfordern ein hochmodernes Know-how in den Bereichen Materialeinfärbungen und Stabilisierungstechnologien. Sie müssen verhindern, dass lasertransparente Pigmente von der transportierten Flüssigkeit extrahiert werden (Benzin ist am kritischsten, insbesondere wenn es Ethanol oder Methanol enthält). Arkema´s lasertransparente Materialien, Rilsamid® AZM30 & Rilsan® HT CZM30, sind dafür bekannt, dass sie die beste Performance ihrer Klasse bieten, wenn es um diese Anforderung geht.

Schnellverschlusssysteme erfordern Materialien mit unterschiedlicher Flexibilität, abhängig von den genauen technologischen Anforderungen. Polyamid 12 kann verwendet werden, wenn jedoch eine höhere Verformungsbeständigkeit erforderlich ist, ist bevorzugt Polyamid 11 das Material der Wahl.
Rilsan® Polyamid 11 wird aus nachhaltigem und erneuerbarem Rizinusöl gewonnen und hat im Vergleich zu Polyamid 12 mit seiner einzigartigen kristallinen Struktur überlegene Eigenschaften. Es wird in Verschlusssystemen verwendet, die ein Material erfordern, welches während der Steckverbinder- oder Fahrzeugmontage ohne Restspannung oder Materialermüdung stark verformt werden kann. Rilsan® Polyamid 11 kann ohne Verstärkung für höhere Flexibilität, oder mit mittlerem Glasfaseranteil, eingesetzt werden.

Auf der anderen Seite basieren in der hart umkämpften Nutzfahrzeugindustrie Standard-Verbindungslösungen auf Messingbasis. Kunststoffe wurden später, in den 2000er Jahren, von verschiedenen Herstellern für Messingfittings, mit der Argumentation von Kosten- und Gewichtsvorteilen, eingeführt. Mit einer geringeren Dichte als Messing (1,47 vs. 8,73) wird 50% glasfaserverstärktes Polyamid 12 (PA12-GF50) wegen seiner Kombination aus extrem hoher Steifigkeit und hervorragender Schlagzähigkeit eingesetzt. Mit noch geringerer Dichte (1,25) wird auch 30% glasfaserverstärktes Polyamid 11 (Rilsan® BZM30) wegen seiner Kombination aus extrem hoher Fließgeschwindigkeit und Schlagzähigkeit verwendet. Darüber hinaus ist Polyamid 11 ein zu 100 % biobasiertes Material, hat also im Vergleich zu Polyamid 12 auch eine deutlich günstigere Standard-Ökobilanz. Beispielsweise können um 75-90% des Gewichts der Standardsteckverbinder durch den Einsatz von Kunststoffsteckverbindern eingespart werden, davon fast 50% durch den Einsatz von glasfaserverstärktem Hochleistungs-LCPA für den Bauteilkörper.

Heute führt Arkema weitere Innovationen in diesem Marktsegment, in dem die Metall-Kunststoff-Substitution fortgesetzt wird, weiter und führt eine neue Reihe von hochleistungsfähigen, hochglasgefüllten LCPA-Lösungen ein:

Rilsamid® AZM 50 Black T6LD (neu PA12-GF50) entwickelt für langzeitliche gute Alterungseigenschaften. Das Material weist eine Halbwertszeit von über 2000 Stunden bei 150 °C auf, verglichen mit 500-600 Stunden für andere PA12-GF50 Materialien auf dem Markt.
Das kurz vor Markteinführung stehende Rilsan® BZM55 (PA11-GF55) wird es QC - Konstrukteuren ermöglichen, im Vergleich zu PA12-GF50 um die 20 % mehr Gewicht und Platz einzusparen, bei gleichwertigen mechanischen Dimensionskriterien (Zugmodul = 15 GPa; Bruchspannung > 180 MPa). Bauteile aus Rilsan® BZM55 weisen dank höherer Steifigkeit der Tannenbaumverbindung eine um 10 % verbesserte Abzugskraft beim Einpassen auf. Dieses hervorstechende Ergebnis wird ohne Kompromisse bei Schlagzähigkeit oder Designoptionen erreicht, wobei die Materialflussrate sogar höher ist als bei allen vergleichbaren PA12-GF50-Typen.

Arkema baut derzeit eine neue Produktionsanlage in Singapur, für über 400 Millionen Euro, welche der Polyamid 11-Produktion zugeordnet sein wird. Diese Anlage wird die größte „integrierte Biofabrik“ der Welt für zukunftsorientierte Polymere darstellen und es Arkema ermöglichen, seine Strategie der Sicherung der Geschäftskontinuität umzusetzen. Rilsan® Polyamid 11 wird zu 100 % aus nachwachsenden Rizinusbohnen gewonnen. Es gibt keinerlei Konkurrenz mit Anbauprodukten für Nahrungsmittel und es kommt zu keinerlei Waldrodung.

Arkema engagiert sich stark in der Förderung einer nachhaltigen Castor-Landwirtschaft sowie in offenen und geschlossenen Recyclingsystemen (Virtucycle®-Programm). Arkema bewirbt dieses Sortiment im Rahmen seines ABC-Angebots (Advanced Bio-Circular), welches ein starkes, bewährtes Erbe im Automobil- und Transportsegment demonstriert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz von Hochleistungskunststoffen für Fittings und Verbinder von Medienführenden Transfersystemen in den letzten 30 Jahren eine enorme Entwicklung erfahren hat und dank einer Kombination aus material- und konstruktionstechnischen Verbesserungen weiterentwickelt. Arkema ist weltweit führend in dieser Reihe von Hochleistungskunststofftechnologien. Das Unternehmen ist bereit, mit weiterhin optimierten technischen und ökologischen Leistungen bei den langkettigen Polyamiden, weiteres beim Wettlauf um nachhaltige Innovationen beizutragen. Lassen Sie uns gemeinsam mit Rilsan® Polyamid 11 und/oder anderen Advanced-Bio-Circular-Lösungen wachsen.

Erfahren Sie mehr über ABC-Lösungen auf der Arkema-Website