Verschleißfeste Kunststoffmaterialien: Additive, Mechanismen und DEYU-Lösungen

Kurze Antwort

Verschleißfeste Kunststoffe werden in der Regel durch die Kombination eines geeigneten Basisharzes mit einem oder mehreren verschleißfesten Additiven entwickelt. Zu den üblichen Additiven gehören PTFE, Silikon, MoS2, Graphit, Aramidfasern, Kohlefasern, Glasfasern, UHMWPE, interne Schmierstoffe, Wachse, keramische Füllstoffe und mineralische Füllstoffe.

Jeder Zusatzstoff hat eine andere Funktion. PTFE reduziert hauptsächlich die Reibung und verbessert die Selbstschmierung. MoS2 verbessert die Grenzschmierung und die tragende Verschleißfestigkeit. Graphit sorgt für eine feste Schmierung und kann auch die Leitfähigkeit unterstützen. Aramidfasern tragen zur Bildung eines verschleißfesten Fasernetzwerks bei. Kohlefaser verbessert die Steifigkeit, Dimensionsstabilität und die leitfähige, verschleißfeste Leistung. UHMWPE- und Silikonsysteme verbessern das reibungsarme Gleiten und reduzieren Geräusche.

Ein erfolgreiches verschleißfestes Material entsteht nicht durch die Zugabe eines universellen Verschleißadditivs. Es muss entsprechend Harz, Last, Geschwindigkeit, Gegenmaterial, Temperatur, Schmierungszustand, Geräuschanforderungen, Maßtoleranz und Betriebsumgebung ausgelegt werden. Yuyao Deyu DEYU Plastics bietet DGK-POM TF90M PTFE verschleißfest POM🔍 und DGK-PA6 G25MS MoS2 verstärktes verschleißfestes PA6🔍, mit maßgeschneiderten verschleißfesten DGK-Compounds auf Basis von POM, PA6, PA66, PPS, PEEK, PP, PC / ABS, TPU und anderen Systemen.

Einleitung: Bei der Verschleißfestigkeit kommt es nicht nur auf die Härte an

Viele Kunden sind der Meinung, dass ein verschleißfester Kunststoff einfach härter oder fester sein sollte. In Wirklichkeit ist Verschleißfestigkeit eine Systemeigenschaft. Sie hängt vom Reibungskoeffizienten, der Oberflächentemperatur, der Belastung, der Gleitgeschwindigkeit, dem Gegenmaterial, dem Kontaktdruck, dem Schmierzustand, der Oberflächenrauheit, der Füllstoffverteilung, der Teilestruktur und der Langzeitstabilität ab.

Ein Kunststoffmaterial kann eine hohe Härte, aber ein schlechtes Verschleißverhalten aufweisen. Ein weicheres Material kann in einer bestimmten Anwendung ein gutes Gleiten mit geringer Reibung ermöglichen. Ein faserverstärktes Material widersteht möglicherweise einer Verformung, beschädigt jedoch die Passfläche. Ein selbstschmierendes Material kann Geräusche und Reibung reduzieren, verliert jedoch an Steifigkeit, wenn der Zusatz zu hoch ist.

Daher muss die Entwicklung verschleißfester Kunststoffe mehrere Fragen beantworten:

• Was ist das Basisharz?
• Gleitet, dreht, rollt oder reibt das Teil?
• Was ist das Gegenmaterial: Metall, Kunststoff, Gummi, Keramik oder Beschichtung?
• Ist die Umgebung trocken, geölt, staubig, nass, heiß oder kalt?
• Ist geringe Reibung wichtiger oder tragende Verschleißfestigkeit?
• Benötigt das Teil geringe Geräuschentwicklung, hohe Steifigkeit, Leitfähigkeit oder Dimensionsstabilität?

Erst wenn diese Fragen geklärt sind, kann das richtige Verschleißschutzadditiv ausgewählt werden.

1. PTFE: Geringe Reibung und Selbstschmierung

PTFE ist eines der häufigsten Additive für verschleißfeste Kunststoffe. Es verfügt über einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten und ein hervorragendes Selbstschmierverhalten.

PTFE kann den Reibungskoeffizienten reduzieren, die Selbstschmierung verbessern, Ruckgleiten reduzieren, Gleitgeräusche verringern, die Wärmeentwicklung während der Bewegung reduzieren, die Verschleißfestigkeit beim Trockengleiten verbessern und die Gegenfläche in ausgewählten Anwendungen schützen.

PTFE wird häufig in POM / PTFE, PA / PTFE, PC / PTFE, PPS / PTFE, PEEK / PTFE, PP / PTFE und ausgewählten flexiblen TPU / PTFE-Systemen verwendet. Typische Anwendungen sind Zahnräder, Schieber, Buchsen, Rollen, Führungsschienen, Ventilteile, bewegliche Gehäuse, geräuscharme Gleitteile und mechanische Präzisionskomponenten.

PTFE ist bei höheren Inhalten nicht immer besser. Zu viel PTFE kann die Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit, Bindenahtfestigkeit, Oberflächenqualität, Formstabilität und Dimensionsfestigkeit verringern. Beispielsweise eignet sich POM in Verbindung mit PTFE für reibungsarme Zahnräder, Schieber und Buchsen, der PTFE-Anteil muss jedoch mit den Anforderungen an Festigkeit und Formgebung in Einklang gebracht werden.

DEYU verwendet PTFE, wenn der Kunde geringe Reibung, geringe Geräuschentwicklung, Selbstschmierung und sanfteres Gleiten benötigt. Die Serien DGK-POM / PTFE und DGK-PA / PTFE können je nach Reibung, Verschleißrate, Festigkeit, Farbe und Formverfahren individuell angepasst werden.

2. MoS2: Grenzschmierung und tragender Verschleißwiderstand

Molybdändisulfid oder MoS2 ist ein schichtförmiger Festschmierstoff. Seine geschichtete Struktur trägt dazu bei, den Scherwiderstand zwischen den Gleitflächen zu verringern.

MoS2 kann die Reibung bei Grenzflächenschmierung verringern, die Verschleißfestigkeit unter Last verbessern, adhäsiven Verschleiß reduzieren, die Gleitstabilität verbessern, Metall-Kunststoff-Gleitanwendungen unterstützen und die Reibungswärme unter ausgewählten Bedingungen reduzieren.

MoS2 wird häufig in PA6 / MoS2, PA66 / MoS2, POM / MoS2, PPS / MoS2, PEEK / MoS2 und anderen technischen Kunststoffen verwendet, die eine tragende Verschleißleistung erfordern. Zu den typischen Anwendungen gehören Gleitstücke, Buchsen, Führungsblöcke, Zahnräder, Lagerkäfige, mechanische Stützen, Verschleißpolster und industrielle bewegliche Teile.

MoS2 muss gut verteilt sein. Wenn der Gehalt zu hoch ist oder die Dispersion schlecht ist, kann dies zu einer geringeren Schlagfestigkeit, schwächeren Bindenähten, schwarzer oder dunkler Farbe, Oberflächenfehlern, schlechter mechanischer Balance und Verarbeitungsinstabilität führen. MoS2 ist besser geeignet, wenn das Teil ein stabiles Gleiten unter Last erfordert, insbesondere in PA- und POM-Systemen.

DEYU verwendet MoS2, wenn der Kunde tragende Verschleißfestigkeit, stabiles Gleiten und geringere Reibungswärme benötigt. Die Werkstoffe DGK-PA6 / MoS2 und DGK-PA66 / MoS2 können für Industrieschieber, Führungsblöcke und verschleißfeste Nylonkomponenten entwickelt werden.

3. Graphit: Feststoffschmierung und leitfähige Verschleißfestigkeit

Graphit ist ein weiterer schichtförmiger Festschmierstoff. Es kann die Reibung reduzieren und in manchen Systemen auch die elektrische oder thermische Leitfähigkeit unterstützen.

Graphit kann das Trockengleitverhalten verbessern, die Verschleißfestigkeit bei mäßiger Belastung unterstützen, für dunkle Farbstabilität sorgen, Leitfähigkeits- oder statische Kontrollanforderungen unterstützen und die Wärmeableitung in ausgewählten Systemen verbessern.

Graphit kann in den Systemen POM / Graphit, PA / Graphit, PPS / Graphit, PEEK / Graphit, PTFE / Graphit und kohlenstoffbasierten hybriden verschleißfesten Verbindungen verwendet werden. Es eignet sich für Lager, Gleitblöcke, Dichtungen, industrielle bewegliche Teile, leitfähige, verschleißfeste Komponenten und ausgewählte Hochtemperatur-Gleitteile.

Graphit macht das Material normalerweise schwarz oder dunkelgrau. Eine hohe Belastung kann die Zähigkeit verringern, die Oberflächenqualität beeinträchtigen und das Verarbeitungsverhalten verändern. DEYU verwendet hauptsächlich Graphit in schwarzen oder dunklen verschleißfesten Materialien, insbesondere dort, wo sowohl Feststoffschmierung als auch Leitfähigkeit nützlich sind.

4. Silikon und silikonbasierte Schmierstoffe

Additive auf Silikonbasis werden häufig verwendet, um die Oberflächengleitfähigkeit zu verbessern, die Reibung zu verringern und die Geräuschentwicklung beweglicher Kunststoffteile zu verringern.

Silikon kann die Gleitfähigkeit der Oberfläche verbessern, Quietschgeräusche reduzieren, den Reibungskoeffizienten verringern, die Entformung verbessern, das Gleitgefühl verbessern und Ruckgleiten in ausgewählten Anwendungen reduzieren.

Es kann in PP, ABS, PC / ABS, PA, POM, TPU, TPE und anderen Erscheinungsbildern oder geräuscharmen Teilen verwendet werden. Zu den typischen Anwendungen gehören Schiebeteile im Automobilinnenraum, Knöpfe, Schalter, Clips, Scharniere, geräuscharme Gehäuse und bewegliche Teile von Konsumgütern.

Silikon muss sorgfältig ausgewählt werden, da es Auswirkungen auf die Lackierbarkeit, Bedruckbarkeit, Haftung, Oberflächenbeschaffenheit, Migrationsverhalten und Langzeitstabilität haben kann. Für optische Teile müssen Silikontyp und Dosierung sorgfältig kontrolliert werden.

5. Aramidfaser: Höchste Verschleißfestigkeit und Oberflächenschutz

Aramidfasern sind Hochleistungsfasern, die in verschleißfesten Verbindungen eingesetzt werden. Dies ist besonders wertvoll, wenn das Material verschleißfest sein muss, ohne die Gegenfläche übermäßig zu beschädigen.

Aramidfasern können die langfristige Verschleißfestigkeit verbessern, ein faserverstärktes Verschleißnetzwerk bilden, den Materialverlust beim Gleiten reduzieren, die Passfläche besser schützen als einige harte Füllstoffe und die Verschleißstabilität bei wiederholten Bewegungen verbessern.

Aramidfasern können in PA66 / Aramid, PA6 / Aramid, POM / Aramid, PPS / Aramid, PEEK / Aramid und Hybridsystemen mit PTFE, MoS2 oder Silikon verwendet werden. Zu den typischen Anwendungen gehören Zahnräder, Gleitstücke, Buchsen, Führungsschienen, Verschleißplatten, industrielle bewegliche Teile, mechanische Automobilkomponenten und verschleißarme Präzisionsteile.

Aramidfasern benötigen eine gute Dispersion und Kompatibilität. Eine schlechte Dispersion kann zu Faseransammlungen, Oberflächendefekten und instabilen mechanischen Eigenschaften führen. DEYU kann Aramidfasern mit PTFE, MoS2 oder anderen Schmiersystemen kombinieren, um Verschleißfestigkeit, Reibung und mechanische Leistung in Einklang zu bringen.

6. Kohlefaser: Steifigkeit, Stabilität und leitfähige Verschleißfestigkeit

Kohlefaser ist nicht nur ein Verstärkungsadditiv. In verschleißfesten Kunststoffen kann es die Steifigkeit, Dimensionsstabilität, das thermische Verhalten und manchmal auch die Leitfähigkeit verbessern.

Kohlefasern können die Steifigkeit erhöhen, die Verformung unter Last verringern, die Dimensionsstabilität verbessern, die Schrumpfung verringern, die Leitfähigkeit oder ESD-Leistung unterstützen, die Wärmeverformungsbeständigkeit verbessern und die Verschleißstabilität in strukturellen Gleitteilen verbessern.

Kohlefaser wird häufig in PA66 / CF, PA6 / CF, POM / CF, PPS / CF, PPA / CF, PEEK / CF ​​und PC / ABS / CF ​​verwendet. Zu den Anwendungen gehören Strukturgleiter, leitfähige, verschleißfeste Teile, Präzisionshalterungen, Zahnräder, industrielle mechanische Teile, Funktionskomponenten für die Automobilindustrie und bewegliche Teile mit hoher Steifigkeit.

Kohlenstofffasern können auch Risiken mit sich bringen: höhere Sprödigkeit, geringere Schlagfestigkeit, rauere Oberfläche, höherer Formverschleiß, Abrieb an der Gegenfläche, anisotrope Schrumpfung und höhere Kosten. Es ist geeignet, wenn das Teil Verschleißfestigkeit sowie Steifigkeit oder Leitfähigkeit benötigt, aber sorgfältig ausbalanciert werden muss.

7. Glasfaser: Festigkeit und Steifigkeit, aber nicht immer verschleißarm

Glasfasern werden häufig zur Verbesserung von Festigkeit, Steifigkeit und Hitzebeständigkeit eingesetzt. Es kann die strukturelle Haltbarkeit verbessern, ist jedoch nicht immer ein reiner verschleißfester Zusatzstoff.

Glasfasern können die Festigkeit, Steifigkeit, Wärmeverformungsbeständigkeit, Dimensionsstabilität und Verformungsbeständigkeit unter Last erhöhen. Es wird häufig in PA6 / GF, PA66 / GF, PBT / GF, PPS / GF, PP / GF und PC / GF verwendet.

Bei Gleitanwendungen können Glasfasern abrasiv sein und die Gegenfläche beschädigen, wenn die Formulierung nicht ausgewogen ist. Zu den möglichen Risiken gehören höhere Reibung, Verschleiß der Passflächen, freiliegende Fasern, schlechte Oberflächenglätte, schwache Bindenähte und anisotrope Schrumpfung.

DEYU verwendet Glasfasern, wenn strukturelle Festigkeit erforderlich ist. Bei Gleitteilen werden Glasfasern häufig mit PTFE-, Silikon-, MoS2- oder Aramidfasern kombiniert, um Festigkeit und Reibung auszugleichen.

8. Schmierzusätze auf Basis von UHMWPE und PE

Ultrahochmolekulares Polyethylen, kurz UHMWPE, wird häufig als Schmier- und verschleißmindernder Zusatzstoff verwendet.

UHMWPE kann die Reibung verringern, die Gleitleistung verbessern, den Oberflächenverschleiß verringern, die Kratzfestigkeit in ausgewählten Systemen verbessern, Geräusche reduzieren und das Trockengleitverhalten verbessern. Es kann in PP, PA, POM, ABS, PC / ABS, TPU, TPE und anderen Gleit- oder Optikteilen verwendet werden.

Die Kompatibilität muss kontrolliert werden. Eine schlechte Dispersion kann zu Oberflächendefekten, Phasentrennung oder instabilen mechanischen Eigenschaften führen. DEYU verwendet auf UHMWPE oder PE basierende Schmiersysteme, wenn sanfteres Gleiten, geringere Geräuschentwicklung und moderate Verschleißverbesserung ohne Verwendung schwerer Festschmierstoffe erforderlich sind.

9. Wachse, Schmierstoffe und Verarbeitungshilfsmittel

Um die Verarbeitung und das Gleiten der Oberfläche zu verbessern, werden häufig Wachse und interne Gleitmittel verwendet. Sie können die Fließfähigkeit verbessern, die Reibung verringern, die Entformung verbessern, die Oberflächengleitfähigkeit verbessern, das Verarbeitungsdrehmoment verringern und die Füllstoffverteilung verbessern.

Bei übermäßiger Zugabe können Schmierstoffe jedoch migrieren, die Haftung beeinträchtigen, den Druck oder die Lackierung beeinträchtigen und die mechanischen Eigenschaften schwächen. Sie sind in der Regel Hilfsadditive und nicht die Hauptlösung zur Verschleißfestigkeit bei Hochlastanwendungen.

10. Keramische und mineralische Füllstoffe

Keramikpulver, mineralische Füllstoffe, Talk, Calciumcarbonat und andere anorganische Füllstoffe können in ausgewählten Systemen die Härte, Dimensionsstabilität und Kosteneffizienz verbessern.

Sie können die Härte erhöhen, die Dimensionsstabilität verbessern, die Schrumpfung verringern, die Hitzebeständigkeit verbessern und in einigen Systemen die Kosten senken. Mineralische und keramische Füllstoffe können jedoch die Sprödigkeit und Reibung erhöhen. Sie können beim Gleiten auch die Passflächen beschädigen. Daher sind sie nicht immer für Präzisionsgleitteile geeignet, sofern sie nicht mit Schmierzusätzen kombiniert werden.

11. Additivvergleich

Additivtyp	Hauptfunktion	Vorteile	Risiken	Geeignete Anwendungen
PTFE	Geringe Reibung, Selbstschmierung	Hervorragendes Gleiten, geringe Geräuschentwicklung	Zu viel verringert die Kraft	Zahnräder, Schieber, Buchsen
MoS2	Grenzschmierung	Gut unter Last	Dunkle Farbe, Ausbreitungsgefahr	PA / POM Gleiter, Führungsblöcke
Graphit	Feststoffschmierung, Leitfähigkeit	Verschleiß plus leitendes Potenzial	Dunkle Farbe, Zähigkeitsverlust	Lager, leitfähige Gleitteile
Silikon	Oberflächenrutsch, geräuscharm	Sanftes Gleiten, Geräuschreduzierung	Migration, Malereiprobleme	Innenteile, Knöpfe, Clips
Aramidfaser	Höchste Verschleißfestigkeit	Tragen Sie Netzwerk und passenden Oberflächenschutz	Dispersionsherausforderung	PA / POM Verschleißteile
Kohlefaser	Steifigkeit, Leitfähigkeit, Stabilität	Hohe Steifigkeit, Dimensionskontrolle	Sprödigkeit, raue Oberfläche	Leitfähige strukturelle Verschleißteile
Glasfaser	Stärke, Steifigkeit	Hohe strukturelle Unterstützung	Kann die Kontaktfläche abnutzen	Tragende Teile
UHMWPE	Schmierung, sanftes Gleiten	Geringe Reibung, Geräuschreduzierung	Kompatibilitätsrisiko	Gleit- und Verbraucherteile

12. So wählen Sie das richtige verschleißfeste Additiv aus

Wenn geringe Reibung das Hauptziel ist, können PTFE, Silikon, UHMWPE oder Graphit in Betracht gezogen werden. Zu den geeigneten Materialien gehören POM / PTFE, PA / PTFE, PP / Silikon, TPU / UHMWPE und PPS / PTFE.

Wenn die tragende Verschleißfestigkeit das Hauptziel ist, sind MoS2, Aramidfaser, Kohlefaser, Glasfaser plus Schmiermittel oder PTFE plus Verstärkungsfaser möglicherweise besser geeignet. Zu den geeigneten Materialien gehören PA66 / Aramid, PA6 / MoS2, POM / PTFE, PPS / CF / PTFE und PEEK / CF / PTFE.

Wenn geringe Geräuschentwicklung das Hauptziel ist, sind PTFE, Silikon, UHMWPE und ausgewählte Wachssysteme gängige Optionen. Zu den geeigneten Materialien gehören POM / PTFE, PA / PTFE, ABS / Silikon, PP / Silikon und TPE / UHMWPE.

Wenn sowohl Leitfähigkeit als auch Verschleißfestigkeit erforderlich sind, können Kohlenstofffasern, Graphit, leitfähige Kohlenstoffsysteme, PTFE plus ein leitfähiges Netzwerk oder Kohlenstofffasern plus ein Schmiersystem verwendet werden.

Wenn der Schutz der Anschlussoberfläche wichtig ist, sind PTFE, Aramidfaser, Silikon und UHMWPE normalerweise die sichereren Richtungen. Harte Füllstoffe wie Glasfasern und Keramikpulver sollten vorsichtig verwendet werden, da sie den Verschleiß der gegenüberliegenden Oberfläche erhöhen können.

13. DEYU DGK Verschleißfeste Materialplattform

Yuyao Deyu DEYU Plastics bietet maßgeschneiderte verschleißfeste DGK-Compound-Lösungen.

DEYU kann unterstützen:

• DGK-POM / PTFE Serie mit geringer Reibung
• DGK-POM Verschleißfeste Aramid-Serie
• DGK-POM leitfähige, verschleißfeste Kohlefaserserie
• DGK-PA6 / MoS2 verschleißfeste Serie
• DGK-PA66 Aramid-Serie mit hoher Verschleißfestigkeit
• DGK-PA66 / PTFE selbstschmierende Serie
• DGK-PA66 verschleißfeste Kohlefaserserie
• DGK-PPS / PTFE Hochtemperatur-verschleißfeste Serie
• DGK-PEEK / CF / PTFE hochleistungsfähige, verschleißfeste Serie
• DGK-PP Silikon-Serie mit geringer Reibung
• DGK-TPU verschleißfeste Serie mit geringer Reibung

DEYU kann Basisharz, PTFE-Gehalt, MoS2-Gehalt, Aramidfasergehalt, Kohlenstofffasergehalt, Silikonsystem, UHMWPE-System, Graphitgehalt, Glasfasergehalt, Reibungsrichtung, Verschleißrate, mechanische Festigkeit, Schlagfestigkeit, Oberflächenaussehen, Formfließfähigkeit, Teiletoleranz, Farbe und Kosten anpassen.

Um ein geeignetes Material zu entwickeln, empfiehlt DEYU den Kunden, Basisharz oder aktuelles Material, Teileanwendung, Gegenmaterial, Last, Gleitgeschwindigkeit, Temperatur, trockenen oder geschmierten Zustand, Geräuschanforderungen, Verschleißfehlermodus, aktuelles Materialproblem, angestrebte Lebensdauer, Teilezeichnung oder -probe, Testmethode und ob Leitfähigkeit, Flammschutz oder Farbe erforderlich sind, anzugeben.

Fazit

Zu den gängigen verschleißfesten Additiven für Kunststoffe gehören PTFE, MoS2, Graphit, Silikon, Aramidfasern, Kohlefasern, Glasfasern, UHMWPE, Wachse, Schmiermittel, keramische Füllstoffe und mineralische Füllstoffe. Jeder Zusatzstoff löst ein anderes Problem.

PTFE ist für geringe Reibung und Selbstschmierung geeignet. MoS2 ist für Grenzflächenschmierung und belastetes Gleiten geeignet. Graphit eignet sich für Festschmierstoffe und leitfähige, verschleißfeste Systeme. Silikon und UHMWPE eignen sich für sanftes Gleiten und geringe Geräuschentwicklung. Aramidfasern sind aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit und des Schutzes der Kontaktoberfläche wertvoll. Kohlefaser eignet sich für Steifigkeit, Dimensionsstabilität und leitfähige, verschleißfeste Anwendungen. Glasfaser verbessert die Festigkeit, muss in Schiebesystemen jedoch sorgfältig ausbalanciert werden.

Eine ausgereifte verschleißfeste Kunststofflösung sollte nicht auf einem einzigen Additiv basieren. Es sollte ein Gleichgewicht zwischen Reibung, Verschleißrate, Festigkeit, Zähigkeit, Schutz der Gegenoberfläche, Formstabilität, Kosten und realen Betriebsbedingungen herstellen. Für Zahnräder, Gleitstücke, Buchsen, Rollen, Führungsschienen, Lager, Dichtungen und industrielle bewegliche Teile kann DEYU die Formulierungsentwicklung, Kleinserienversuche und die Validierung realer Teile unterstützen.