Methodenübergreifende Charakterisierung der thermo-oxidativen Stabilität von Polyamid 66

Polyamid 66 als technischer Thermoplast wird häufig als Material für Hochleistungskomponenten eingesetzt, die extremen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen ausgesetzt sind. Unter diesen Bedingungen kann es zu einer beschleunigten Alterung kommen, insbesondere durch thermo-oxidative Prozesse, die Kettenabbau, Versprödung und vorzeitiges Versagen der Bauteile verursachen können. Die Bewertung der thermo-oxidativen Stabilität ist daher entscheidend für die Lebensdauerabschätzung und die Sicherheit solcher Komponenten. Ziel dieser Masterarbeit ist die systematische Untersuchung der thermo-oxidativen Beständigkeit von Polyamid 66 für unterschiedliche Verarbeitungszustände und thermische Vorbehandlungen. Es werden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für Granulat, standardisierte Prüfkörper und reale Bauteile ermittelt und der Einfluss der Verarbeitung auf das Alterungsverhalten bewertet. Ergänzend erfolgt ein Vergleich der Methoden nach Zeitaufwand und Effizienz. Polyphthalamid wird als Validierungsmaterial herangezogen, um die Übertragbarkeit der gefundenen Zusammenhänge auf andere Polyamidwerkstoffe zu prüfen. Hierzu wurden Proben unterschiedlicher Verarbeitungs- bzw. Werkstoffzustände (Granulat, Prüfkörper und Bauteil) über einen Zeitraum von bis zu acht Wochen bei verschiedenen Temperaturen einer Ofenalterung unterzogen. Anschließend erfolgte die Analyse chemischer Veränderungen, rheologischer Eigenschaften und mechanischer Kennwerte sowie die Untersuchung der Mikrostruktur mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie. Die Ergebnisse zeigen, dass die Alterung stark von der Temperatur, der Geometrie und der Oberflächenmorphologie abhängig ist. Dünnwandige Bauteile altern am schnellsten, Prüfkörper sind am beständigsten und Granulate zeigen ein intermediäres Verhalten. Mit zunehmender Auslagerungszeit steigen der Carbonylindex, der in der IR-Spektroskopie den chemischen Abbau anzeigt, sowie die Fließfähigkeit, während die Bruchdehnung und die Kerbschlagzähigkeit abnehmen. Dies verdeutlicht die qualitative Korrelation zwischen chemischen, rheologischen und mechanischen Kennwerten. Die Untersuchungen auf Granulat- und Prüfkörperebene liefern erste Hinweise auf alterungsbedingte molekulare Veränderungen und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften. Die Übertragbarkeit auf das Bauteilverhalten ist jedoch nur eingeschränkt möglich. Tests an realen Bauteilen, die auch verarbeitungsbedingte Einflussfaktoren berücksichtigen, liefern die aussagekräftigsten Ergebnisse. Die FTIR-Spektroskopie stellt dabei eine effiziente, sehr sensitive Methode zur Charakterisierung der Alterung dar. Messungen am Validierungsmaterial bestätigen die beobachteten Trends.