Износостойкие пластики: добавки, механизмы и решения DEYU

Краткий ответ

Износостойкие пластиковые материалы обычно разрабатывают путем сочетания подходящей базовой смолы с одной или несколькими износостойкими добавками. К распространенным добавкам относятся PTFE, силикон, MoS2, графит, арамидное волокно, углеродное волокно, стекловолокно, UHMWPE, внутренние смазки, воски, керамические и минеральные наполнители.

У каждой добавки своя роль. PTFE снижает трение и улучшает самосмазывание. MoS2 улучшает граничную смазку и износостойкость под нагрузкой. Графит дает твердую смазку и может поддерживать проводимость. Арамидное волокно формирует износостойкую волоконную сетку. Углеродное волокно повышает жесткость, стабильность размеров и проводящую износостойкость. UHMWPE и силиконовые системы улучшают скольжение и снижают шум.

Успешный износостойкий материал нельзя получить одной универсальной добавкой. Его нужно проектировать с учетом смолы, нагрузки, скорости, контртела, температуры, смазки, шума, допуска размеров и среды эксплуатации. Yuyao Deyu DEYU Plastics предлагает DGK-POM TF90M износостойкий POM с PTFE🔍 и DGK-PA6 G25MS износостойкий PA6 с MoS2🔍, а также индивидуальные DGK компаунды на основе POM, PA6, PA66, PPS, PEEK, PP, PC/ABS, TPU и других систем.

Введение: износостойкость - это не только твердость

Многие заказчики считают, что износостойкий пластик должен быть просто тверже или прочнее. На практике износостойкость является системным свойством. Она зависит от коэффициента трения, температуры поверхности, нагрузки, скорости скольжения, материала пары трения, контактного давления, условий смазки, шероховатости, дисперсии наполнителя, конструкции детали и долгосрочной стабильности.

Материал может иметь высокую твердость, но плохой износ. Более мягкий материал может хорошо скользить в конкретном узле. Волоконно-армированный материал может держать форму, но повреждать сопряженную поверхность. Самосмазывающийся материал может снижать шум и трение, но терять жесткость при избытке добавки.

Перед выбором добавки нужно понять:

• какая базовая смола используется
• деталь скользит, вращается, катится или трется
• контртело является металлом, пластиком, резиной, керамикой или покрытием
• среда сухая, смазанная, пыльная, влажная, горячая или холодная
• важнее низкое трение или износостойкость под нагрузкой
• нужны ли низкий шум, высокая жесткость, проводимость или стабильность размеров

1. PTFE: низкое трение и самосмазывание

PTFE является одной из самых распространенных добавок для износостойких пластиков. Он имеет очень низкий коэффициент трения и хорошее самосмазывание.

PTFE снижает трение, уменьшает stick-slip, снижает шум, уменьшает нагрев при движении, улучшает сухое скольжение и в отдельных применениях защищает сопряженную поверхность.

PTFE часто используют в POM/PTFE, PA/PTFE, PC/PTFE, PPS/PTFE, PEEK/PTFE, PP/PTFE и отдельных гибких TPU/PTFE системах. Типичные применения: шестерни, ползуны, втулки, ролики, направляющие, клапанные детали, движущиеся корпуса, низкошумные скользящие детали и прецизионные механические компоненты.

Слишком высокая дозировка PTFE не всегда лучше. Избыток может снижать прочность при растяжении, ударную вязкость, прочность линии спая, качество поверхности, стабильность литья и размерную прочность. Например, POM с PTFE подходит для низкофрикционных шестерен, ползунов и втулок, но содержание PTFE нужно балансировать с прочностью и литьем.

2. MoS2: граничная смазка и износ под нагрузкой

Дисульфид молибдена, или MoS2, является слоистым твердым смазочным материалом. Его структура снижает сопротивление сдвигу между поверхностями.

MoS2 помогает снижать трение в условиях граничной смазки, повышать износостойкость под нагрузкой, уменьшать адгезионный износ, стабилизировать скольжение, поддерживать пары металл-пластик и снижать тепловыделение.

MoS2 применяют в PA6/MoS2, PA66/MoS2, POM/MoS2, PPS/MoS2, PEEK/MoS2 и других инженерных пластиках для нагруженных узлов трения. Применения: ползуны, втулки, направляющие блоки, шестерни, сепараторы подшипников, опоры, износостойкие накладки и промышленные движущиеся детали.

MoS2 требует хорошей дисперсии. При слишком высокой дозировке или плохом распределении возможны снижение ударной вязкости, слабые линии спая, черный или темный цвет, дефекты поверхности и нестабильная переработка.

3. Графит: твердая смазка и проводящая износостойкость

Графит также является слоистым твердым смазочным материалом. Он снижает трение и в некоторых системах поддерживает электрическую или тепловую проводимость.

Графит улучшает сухое скольжение, помогает при умеренной нагрузке, дает темную цветовую стабильность, поддерживает проводимость или антистатические требования и может улучшать теплоотвод.

Его используют в POM/графит, PA/графит, PPS/графит, PEEK/графит, PTFE/графит и гибридных углеродных износостойких системах. Высокая дозировка может снизить вязкость, ухудшить поверхность и изменить переработку.

4. Силиконовые смазки: низкий шум и плавное скольжение

Силиконовые добавки используют для улучшения поверхностного скольжения, снижения трения и уменьшения шума в движущихся пластиковых деталях.

Они могут улучшать смазывающие свойства поверхности, снижать скрип, уменьшать коэффициент трения, облегчать извлечение из формы, улучшать ощущение скольжения и снижать stick-slip.

Силикон применяют в PP, ABS, PC/ABS, PA, POM, TPU, TPE и других деталях, где важны внешний вид или низкий шум. Но его нужно подбирать осторожно, потому что он может влиять на окраску, печать, склеивание, внешний вид, миграцию и долговременную стабильность.

5. Арамидное волокно: высокоуровневая износостойкость

Арамидное волокно является высокоэффективным волокном для износостойких компаундов. Оно особенно ценно, когда материал должен сопротивляться износу, но не должен чрезмерно повреждать сопряженную поверхность.

Арамидное волокно улучшает долгосрочную износостойкость, формирует армирующую волоконную сетку, снижает потерю материала при скольжении, защищает контртело лучше некоторых твердых наполнителей и стабилизирует износ при повторном движении.

Его применяют в PA66/арамид, PA6/арамид, POM/арамид, PPS/арамид, PEEK/арамид и гибридных системах с PTFE, MoS2 или силиконом. Важны хорошая дисперсия и совместимость, иначе возможны скопления волокна, дефекты поверхности и нестабильные механические свойства.

6. Углеродное волокно: жесткость, стабильность и проводимость

Углеродное волокно является не только армирующей добавкой. В износостойких пластиках оно повышает жесткость, стабильность размеров, тепловое поведение и иногда проводимость.

Оно снижает деформацию под нагрузкой, уменьшает усадку, поддерживает ESD или проводящую функцию, повышает теплостойкость и стабилизирует износ в структурных скользящих деталях.

Типичные системы: PA66/CF, PA6/CF, POM/CF, PPS/CF, PPA/CF, PEEK/CF и PC/ABS/CF. Риски: хрупкость, снижение ударной вязкости, более грубая поверхность, износ формы, абразивность к контртелу, анизотропная усадка и высокая стоимость.

7. Стекловолокно: прочность и жесткость, но не всегда низкий износ

Стекловолокно повышает прочность, жесткость, теплостойкость и стабильность размеров. Его часто используют в PA6/GF, PA66/GF, PBT/GF, PPS/GF, PP/GF и PC/GF.

Но в скользящих деталях стекловолокно может быть абразивным и повреждать сопряженную поверхность. Возможны более высокое трение, износ контртела, выход волокон на поверхность, слабые линии спая и анизотропная усадка. Поэтому для скользящих деталей стекловолокно часто комбинируют с PTFE, силиконом, MoS2 или арамидом.

8. UHMWPE и PE-смазочные добавки

UHMWPE используют как смазывающую и износоснижающую добавку. Он снижает трение, улучшает скольжение, уменьшает поверхностный износ, повышает стойкость к царапинам в отдельных системах, снижает шум и улучшает сухое скольжение.

UHMWPE можно применять в PP, PA, POM, ABS, PC/ABS, TPU, TPE и других скользящих или декоративных деталях. Совместимость и дисперсия важны, иначе возможны дефекты поверхности, разделение фаз и нестабильные свойства.

9. Воски, смазки и технологические добавки

Воски и внутренние смазки улучшают переработку и поверхностное скольжение. Они повышают текучесть, снижают трение, облегчают извлечение из формы, уменьшают крутящий момент переработки и улучшают дисперсию наполнителей.

Но такие добавки могут мигрировать, ухудшать склеивание, печать или окраску и снижать механику при избытке. Обычно это вспомогательные добавки, а не основное решение для высоконагруженного износа.

10. Керамические и минеральные наполнители

Керамические порошки, тальк, карбонат кальция и другие неорганические наполнители могут повышать твердость, стабильность размеров, теплостойкость и экономичность.

Но они могут увеличивать хрупкость и трение, а также повреждать сопряженную поверхность. Для точных скользящих деталей их используют осторожно и обычно вместе со смазывающими добавками.

11. Сравнение добавок

Тип добавки	Основная функция	Преимущества	Риски	Применения
PTFE	Низкое трение, самосмазывание	Хорошее скольжение, низкий шум	Избыток снижает прочность	Шестерни, ползуны, втулки
MoS2	Граничная смазка	Хорошо под нагрузкой	Темный цвет, риск дисперсии	PA/POM ползуны, направляющие
Графит	Твердая смазка, проводимость	Износ плюс проводимость	Темный цвет, потеря вязкости	Подшипники, проводящие скользящие детали
Силикон	Поверхностное скольжение, низкий шум	Плавность, снижение шума	Миграция, проблемы окраски	Интерьер, кнопки, клипсы
Арамид	Высокая износостойкость	Защита контртела	Сложность дисперсии	PA/POM детали высокого износа
Углеродное волокно	Жесткость, проводимость	Стабильность размеров	Хрупкость, грубая поверхность	Проводящие структурные детали
Стекловолокно	Прочность, жесткость	Несущая способность	Может истирать контртело	Нагруженные детали
UHMWPE	Смазка, плавное скольжение	Низкое трение, шум	Совместимость	Скользящие и потребительские детали

12. Как выбрать подходящую добавку

Если главная цель - низкое трение, можно рассматривать PTFE, силикон, UHMWPE или графит. Подходящие материалы: POM/PTFE, PA/PTFE, PP/силикон, TPU/UHMWPE и PPS/PTFE.

Если главная цель - износостойкость под нагрузкой, лучше подходят MoS2, арамидное волокно, углеродное волокно, стекловолокно со смазочной системой или PTFE с армирующим волокном. Примеры: PA66/арамид, PA6/MoS2, POM/PTFE, PPS/CF/PTFE и PEEK/CF/PTFE.

Если важен низкий шум, часто применяют PTFE, силикон, UHMWPE и выбранные восковые системы. Если нужны проводимость и износостойкость, применяют углеродное волокно, графит, проводящие углеродные системы или PTFE с проводящей сеткой.

Если важно защищать сопряженную поверхность, обычно безопаснее PTFE, арамид, силикон и UHMWPE. Твердые наполнители, такие как стекловолокно и керамика, нужно применять осторожно.

13. Платформа DEYU DGK для износостойких материалов

Yuyao Deyu DEYU Plastics предлагает индивидуальные DGK износостойкие компаунды.

DEYU может поддерживать:

• DGK-POM/PTFE низкофрикционные серии
• DGK-POM арамидные износостойкие серии
• DGK-POM углеродные проводящие износостойкие серии
• DGK-PA6/MoS2 износостойкие серии
• DGK-PA66 арамидные высокоизносостойкие серии
• DGK-PA66/PTFE самосмазывающиеся серии
• DGK-PA66 углеродные износостойкие серии
• DGK-PPS/PTFE высокотемпературные износостойкие серии
• DGK-PEEK/CF/PTFE высокоэффективные износостойкие серии
• DGK-PP силиконовые низкофрикционные серии
• DGK-TPU низкофрикционные износостойкие серии

DEYU может настраивать базовую смолу, содержание PTFE, MoS2, арамида, углеродного волокна, силиконовую систему, UHMWPE, графит, стекловолокно, коэффициент трения, скорость износа, прочность, ударную вязкость, поверхность, текучесть, допуски, цвет и стоимость.

Для разработки материала желательно предоставить базовую смолу или текущий материал, применение детали, материал пары трения, нагрузку, скорость скольжения, температуру, сухую или смазанную среду, требование по шуму, режим износа, текущую проблему, целевой срок службы, чертеж или образец, метод испытаний, а также требования по проводимости, огнестойкости или цвету.

Заключение

К распространенным износостойким добавкам относятся PTFE, MoS2, графит, силикон, арамидное волокно, углеродное волокно, стекловолокно, UHMWPE, воски, смазки, керамические и минеральные наполнители. Каждая добавка решает свою задачу.

PTFE подходит для низкого трения и самосмазывания. MoS2 подходит для граничной смазки и нагруженного скольжения. Графит полезен для твердой смазки и проводящих износостойких систем. Силикон и UHMWPE подходят для плавного скольжения и низкого шума. Арамид ценен для высокой износостойкости и защиты сопряженной поверхности. Углеродное волокно подходит для жесткости, стабильности размеров и проводящих износостойких применений. Стекловолокно повышает прочность, но в узлах трения требует баланса.

Зрелое износостойкое решение не должно опираться на одну добавку. Оно должно балансировать трение, скорость износа, прочность, вязкость, защиту пары трения, стабильность литья, стоимость и реальные условия эксплуатации. Для шестерен, ползунов, втулок, роликов, направляющих, подшипников, уплотнений и промышленных движущихся деталей DEYU может поддерживать разработку рецептуры, малые партии и проверку на реальной детали.