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By: Geschäftsführer An: Juli 06, 2022 In: Allgemein Comments: 0

Im Beitrag wird das Reibungs- und Verschleißverhalten gleitmodifizierter und nicht modifizierter PC-, ASA-, und ABS-Kunststoffe verglichen.

Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Blends (Mischungen) mit Polyamid (PA) bieten viele Vorteile und werden häufig auch zur Herstellung reibungsbeanspruchter Baugruppen eingesetzt. Konkrete Anwendungen sind Verkleidungen und Funktionsbauteile von Fahrzeugen, Haushaltsgeräten und Elektronikprodukten.

Die amorphe Struktur dieser Kunststoffe und die damit einhergehende geringe Nachschwindung bewirkt geringen Verzug. In Kombination mit dem guten Fließverhalten lassen sie sich leicht zu großflächigen Bauteilen mit hervorragender Oberflächenqualität verarbeiten. Durch Lackieren und Galvanisieren werden anspruchsvolle Designelemente im Sichtbereich realisiert.

Abbildung 1: Fahrzeuginterieur mit Funktions- und Verkleidungsbaugruppen aus ABS, ASA und PC sowie Blends aus diesen Kunststoffen

Kommen diese Kunststoffe in reibbeanspruchten Baugruppen zum Einsatz, können bei der Kunststoffauswahl Fehler gemacht werden, die gravierende Probleme zur Folge haben.  So zum Beispiel Quietsch- und Knarzgeräusche, ein Anstieg der Bedienkräfte über die Lebensdauer und das Klemmen von Bedienelemente.

Um diese Auswirkungen zu eliminieren, beschäftigt sich das Unternehmen Sitraplas seit Jahren mit der Entwicklung reibungsoptimierter Kunststoffe. Dabei kommen sogenannte inkorporierte Schmierstoffe zum Einsatz, die den Kunststoffen beigemischt werden. Inkorporierten Schmierstoffe sind z.B. Graphit, Molibdändisulfid, Polyethylen-High-Density (PE-HD), Polytetrafluorethylen (PTFE). Sie bewirken im Wesentlichen die Reduzierung der Oberflächenenergie der ABS-, PC- und ASA-Kunststoffe und damit die Anziehungskräfte der Reibflächen. Infolgedessen sinkt der Reibungswiderstand. Zudem bilden sie eine Art Schutzfilm zwischen den Reibpartnern, der den Verschleiß reduziert.

In unserem Testlabor wurde das Reibungs- und Verschleißverhalten verschiedener optimierter Sitraplas-Kunststoffe gegenüber Kunststoffen ohne inkorporierten Schmierstoff untersucht.

Die Tests wurden mit unserem Linear-Tribometer durchgeführt. Dabei wird eine klötzchenförmige Oberprobe (Kunststoff 1) mit definierter Normalkraft auf die plattenförmige Unterprobe (Kunststoff 2) gedrückt. Anschließend wird die Oberprobe linear oszillierend auf der Unterprobe hin und her bewegt. Über die Versuchsdauer von 24 Stunden werden die Normalkraft und die Reibkraft aufgezeichnet und daraus der Gleitreibungskoeffizient µ ermittelt. Am Ende der Versuchsdauer wurde der Verschleiß anhand von charakteristischen Merkmalen, wie Kratzer, Riefen und Verschleißpartikelanhäufung visuell begutachtet und quantifiziert.

Ergebnisse der Reibungs- und Verschleißtests

Das folgende Balkendiagramm zeigt die Reibungs- und Verschleißkennwerte der Reibpaarungen: die Gleitreibungswerte am Ende der Versuchsdauer sowie den Verschleißkennwert der Oberprobe und Unterprobe.

Diagramm 1: Reibungs- und Verschleißkennwerte verschiedener PC-, ABS-, ASA-Kunststoffe

Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Reibungs- und Verschleißverhalten zwischen den Reibpaarungen bei denen mindestens ein Reibpartner mit inkorporiertem Schmierstoff (PTFE, Kürzel TF) ausgerüstet ist und den Reibpaarungen ohne PTFE-Schmierstoff.

Bei der Reibpaarung 1 (PC+ABS vs. PC), der Reibpaarung 3 (PC+ABS vs. POM) sowie der Reib-
paarung 5 (PC+ABS vs. ASA+PA GF) wurde keiner der Reibpartner mit inkorporiertem Schmierstoff ausgerüstet. Folglich sind die Gleitreibungswerte und der Verschleiß (Abbildung 2) hier sehr hoch.

Abbildung 2: Reibpaarung 1 (PC+ABS vs. PC) nach Versuchsende; Oberprobe PC+ABS im Probenhalter (links); Unterprobe PC (rechts)

 

Bei den Reibpaarungen 2, 4, 6, 7 und 8 wurde mindestens ein Reibpartner mit inkorporiertem Schmierstoff (PTFE) ausgerüstet. Dadurch wurde ein deutliche Reduzierung der Gleitreibungswerte und eine drastische Verschleißreduzierung (Abbildung 3) erreicht.

Abbildung 3: Reibpaarung 7 (ASA+PA TF GF vs. PC+ABS TF) nach Versuchsende

Bei der Auslegung von Bedienelementen resultieren die Bedienkräfte im Wesentlichen aus dem Reibungswiderstand der Kunststoffbauteile. Verändern sich die Reibungswerte dieser beweglich verbunden Bauteile verändern sich auch die Bedienkräfte. Sehr ungünstig in diesem Zusammenhang ist der Anstieg der Reibwerte über die Lebensdauer. So kann es dazu kommen das Bedienelemente schwergängig sind oder gar klemmen.
Hier zeigen die Reibpaarungen mit PTFE als inkorporierten Schmierstoff deutliche Vorteile gegenüber den nichtmodifizierten Reibpaarungen, wie das Diagramm 2 zeigt. Die Reibpaarungen 2 und 6 mit PTFE bewirken geringe Reibungswerte und einen relativ homogenen Verlauf der Kurven.
Die Reibpaarungen 1 und 3 ohne PTFE zeigen einen starken Anstieg der Reibwertkurve zu Beginn sowie starke Schwankungen (3).

Diagramm 2: Gleitreibungswerte verschiedener Reibpaarungen über die Versuchsdauer von 24

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