PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN

Geringe Reibung und Verschleißfestigkeit bei technischen Kunststoffen

Technische Hochleistungs-Kunststoffe mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten tragen dazu bei, mechanischen Verschleiß und Beschädigungen zu verhindern, Verunreinigungen zu vermeiden, Geräusche zu reduzieren und den Wartungsbedarf zu minimieren.

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Was ist Verschleißfestigkeit?

Verschleißfestigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, dem Volumenverlust  an seiner Oberfläche durch mechanische Einwirkungen wie Reibung, Gleiten oder Schaben zu widerstehen.

Verschleißfeste Materialien minimieren die Reibung an den Kontaktflächen, wodurch Bauteile in belasteten Verschleißanwendungen ihre Form und Integrität länger bewahren können.  

Unser Portfolio umfasst eine große Vielfalt an technischen Kunststoffen, die den mechanischen Verschleiß durch reibungvermindernde Eigenschaften oder Selbstschmierung minimieren, während sie gleichzeitig die hohen Anforderungen in der Anwendung erfüllen.

Die Prinzipien des Verschleißes, der Reibung und der Schmierung werden im Feld der Tribologie – der Wissenschaft und Technik der Interaktion zwischen Oberflächen in relativer Bewegung – studiert.

 

TECHNISCHE ERWÄGUNGEN Welche Faktoren beeinflussen die Verschleißfestigkeit und Verschleißrate?

Art des Kontakts

  • Dynamischer Kontakt, z. B. Gleiten im Vergleich zu Rollen
  • Kombination der Kontaktflächen, z. B. Metall auf Metall im Vergleich zu Kunststoff auf Kunststoff und Metall auf Kunststoff
  • Struktur oder Rauigkeit der Gegenflächen
  • Abstand zwischen den Gegenflächen

Umgebungsbedingungen

  • Temperatur, einschließlich der Reibungshitze 
  • Sonneneinstrahlung 
  • Vorhandensein von Feuchtigkeit oder Chemikalien 
  • Vorhandensein und Art der Schmierung

Last

  • Druck der aufgebrachten Last 
  • Geschwindigkeit der dynamischen Bewegung
Wann ist Verschleißfestigkeit am wichtigsten?

Verschleißfeste Bauteile und Komponenten sind essenziell bei technischen Anwendungen, bei denen belastbare Oberflächen übereinander gleiten, wie zum Beispiel in Lagern, Verschleißplatten, Getrieben und rotierenden Wellen.

Die Verschleißfestigkeit ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, wenn Kontaktflächen ihre Form beibehalten müssen, um die Funktion zu gewährleisten. Ein Beispiel sind eng tolerierte Anwendungen, in denen Komponenten präzise dimensioniert sind, um die Effizienz zu maximieren.

Verschleißfestigkeit bei technischen Kunststoffen

Viele technische Anwendungen erfordern verschleißfeste Materialien mit geringer Reibung, wie Thermoplasten. Technische Kunststoffe haben normalerweise einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als Metalle bei denselben oder ähnlichen Anwendungen. Darüber hinaus haben Hochleistungskunststoffe oft selbstschmierende Eigenschaften, wodurch sie sich ideal für erhöhte Verschleiß- und Belastungsanwendungen eignen.

Semikristalline Thermoplaste sind hervorragend geeignet für Verschleiß,- Lager- und Reibanwendungen aufgrund ihrer hohen Zähigkeit und genauen Schmelzpunkte. Acetal (POM), Nylon (PA), ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyamid-Imid (PAI) sind einige der gängigsten verschleißfesten thermoplastischen Materialien, die für Teile und Komponenten bei Kontakt mit Metallen mit hoher Reibung verwendet werden.

Vorteile von verschleißfesten technischen Kunststoffen

Verglichen mit Metallen oder anderen Kontaktflächen, bieten verschleißfeste technische Kunststoffe etliche Vorteile bei Anwendungen mit hoher Reibung:

  • Niedrige Reibung und selbstschmierende Eigenschaften reduzieren den Bedarf an Schmierung

  • Eine vorhersehbare Verschleißrate reduziert ungeplante Wartung und Ausfallzeit

  • Verbesserte Betriebssicherheit und verlängerte Wartungsintervalle

  • Reduzierter Lärm zwischen Gegenteilen

  • Bei Anwendung mit Lebensmittelkontakt reduziertes Kontaminationsrisiko durch Materialspäne und Schmiermittel

ANWENDUNG IM FOKUS Erfahren Sie, wie unsere verschleißfesten Kunststoffe in gängigen technischen Anwendungen funktionieren
Förderbandlager

Förderbandlager aus Techtron® HPV PPS

Anforderung: Die Metalllager am Förderband einer Anlage, die Kunststoffabfälle einschmilzt und daraus Stangen aus recyceltem Kunststoff presst, mussten zu häufig gewartet werden. Durch die Wärme der Produktionsumgebung bildete sich Dampf, der das Fett an den Metalllagern verdünnte. Dies führte zu erhöhtem Verschleiß und Stillstand der Förderbänder.

Lösung: Wir haben reibungsarme, selbstschmierende Lagereinsätze aus Techtron® HPV PPS entwickelt, die in die vorhandenen metallischen Steh- und Flanschböcke der Förderbänder eingerastet werden konnten.

Ergebnis: Die Hochleistungslager aus unserem PPS-Material müssen nicht geschmiert werden und behalten ihre Verschleißeigenschaften und Stärke auch bei höheren Temperaturen bei. Zudem sind sie korrosionsbeständig und erwiesen sich bei der Bearbeitung und in der feuchten Produktionsumgebung als dimensionsstabil.

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Application
Gelenkbuchsen

Gelenkbuchsen für Solarmodule aus TIVAR® UV UHMW-PE

Anforderung: Photovoltaik-Paneele sind schwenkbar, damit sie dem Lauf der Sonne folgen und die Sonnenenergie optimal erfassen. Für diese Bewegung wurde eine konforme Gelenkbuchse benötigt, die ihre Form und Qualitätseigenschaften beibehält und für Anwendungen mit UV-Strahlung im Freien geeignet ist.

Lösung: TIVAR® UV UHMW-PE wurde aufgrund der hohen Verschleißfestigkeit und hervorragenden Stabilität im Außenbereich ausgewählt.

Ergebnis: Die Buchsen aus TIVAR® UV sind reibungs- und geräuscharm, UV-beständig und selbstschmierend. Mit diesen Merkmalen bieten sie die idealen Verschleißeigenschaften für diese Anwendung und behalten diese auch über die gesamte Garantiezeit hinweg bei. Sie nehmen keine Feuchtigkeit auf und verfügen über eine Schmierung, die nicht korrodiert oder einfriert. So entfällt trotz ständiger Witterungseinflüsse der Bedarf an Wartungsarbeiten.

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Applicaton solar panel-test
Veschleißleisten

Durch selbstschmierende Verschleißleisten an Flügelklappen Kosten und Emissionen in Luft- und Raumfahrt reduzieren

Aus unserem selbstschmierenden Material Duratron® T4301 PAI wurde eine Komponente gefertigt, die komplexe, aufwendige Teile ersetzt.

Unsere verschleißfeste PAI-Lösung reduzierte den Wartungsaufwand und trug zur Verringerung des Flugzeuggewichts bei, was die Betriebsdauer verlängerte und half, Emissionen zu reduzieren. Unser Teil hat sich als dermaßen effektiv und vorteilhaft erwiesen, dass es inzwischen in der gesamten Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird.

 

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Winglets am Flügel eines Passagierflugzeugs
UNSERE MATERIALIEN AUF DEN PRÜFSTAND STELLEN Die Verschleißleistung von technischen Kunststoffen testen und messen
  • Schematische Darstellung der Prüfmethode nach ASTM D3702 zur Prüfung der Verschleißrate und des Reibungskoeffizienten von technischen Kunststoffen

    Der Reibungskoeffizient (CoF) ist eine Messung des generierten Widerstands, wenn die Oberfläche eines Materials über eine andere gleitet.Die Standardmethode zur Ermittlung von CoF-Werten für thermoplastische Werkstoffe ist ASTM D3702. Durch diesen Test können Materialien direkt miteinander verglichen und ihre Verschleißeigenschaften bestimmt werden.

    Beim ASTM D3702-Test wird eine polymere Probe auf eine polierte Stahl-Anlaufscheibe gelegt. Es wird eine normale Kraft angewendet, gefolgt von einem Drehmoment, um den Kunststoff zum Drehen zu bringen. Der CoF-Wert wird vom Verhältnis zwischen den beiden Kräften abgeleitet, die auf die Gegenflächen agieren: die Gleitkraft (Drehmoment) und die normale Kraft. Je niedriger dieses Verhältnis, desto glatter das Material.

    Es gibt zwei verschiedene CoF-Werte, die wichtig sind, um das Reibungsverhalten unserer Materialien zu verstehen: der statische CoF und der dynamische CoF.

    Der statische CoF bezieht sich auf das Verhältnis der Gleitkräfte zur normalen Kraft bei der ursprünglichen Bewegung von Ruheposition zu Drehung. Der dynamische CoF bezieht sich auf das Verhältnis dieser Kräfte, sobald sich die Scheibe in Bewegung befindet. Normalerweise ist der statische CoF höher als der dynamische CoF, da eine größere Kraft erforderlich ist, um die Bewegung einzuleiten, als um sie aufrechtzuerhalten. Ein Stick-Slip-Effekt tritt auf, wenn die statischen und dynamischen CoF-Werte zu weit voneinander entfernt sind, was zu einer unerwünschten Ruckelbewegung bei Übergang der Gegenflächen führt.

  • Die Verschleißrate, auch als K-Faktor bezeichnet, ist eine Messung sämtlichen Widerstands des Materials gegenüber Verschleiß.

    Um den K-Faktor eines technischen Kunststoffes zu berechnen, wenden wir die QTM 55010-Testmethode an, welche ein Gleitlager statt einer Anlaufscheibe verwendet.

    Der K-Faktor wird über die Variablen Druck, Geschwindigkeit und Zeit berechnet. Je niedriger der K-Faktor desto größer die Verschleißfestigkeit des getesteten Materials.

  • Die Grenzdruckgeschwindigkeit oder Grenz-PV ist ein Maß, das die maximale Druckbelastung angibt, die eine bewegte Kontaktfläche aushalten kann.

    Das PV-Limit hilft Ingenieuren zu verstehen, welche Druck- und Geschwindigkeitsbedingungen übermäßige Reibungshitze generieren und zum Systemausfall führen können.

    Wir berechnen das PV-Limit anhand der QTM 55007-Methode basierend auf der aufgebrachten Last auf eine vorgegebene Oberfläche und der Geschwindigkeit des Drehmoments. Je höher die beschränkende PV, desto mehr Kompression und Reibungshitze kann das Material widerstehen.

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Sonnenaufgang über der Erde vom Weltraum aus gesehen