Wie Kunststoffe sich gegen Metalle abnutzen

Testen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen gegen Stahl

Wie verschleißen Kunststoffe gegenüber Metallen? Es wurden Tests zum Zusammenpassen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen und AINSI 1141 kaltgewalzten Gegenflächen aus Stahl durchgeführt. Die höchsten Komposit-Verschleißfaktoren (größter Verschleiß) ergaben sich mit dem glattesten Bereich (8-12 µin.) der Metalloberflächenbeschaffenheit. Anders als man es intuitiv erwarten könnte, wird dieses Ergebnis auf den Adhäsions- und Verformungsreibungsmechanismus von Metall/Kunststoff-Kombinationen zurückgeführt. Die 12 bis 16 µin. Bereich ergab die niedrigsten Verschleißfaktoren. Die 50 bis 70 µin. Der Oberflächenfinish-Bereich erzeugte bei den meisten Verbundwerkstoffen im Allgemeinen mittlere Verschleißfaktoren. Ausnahmen waren unverstärkte Formulierungen.

PTFW-geschmiertes, glasfaserverstärktes Polycarbonat war das einzige Material, das beim Testen gegen eine Stahllauffläche eine Erhöhung der Oberflächenrauheit aufwies. Die Oberflächenrauheit der anderen Kunststoffverbundstoffe wurde im gleichen Test auf nur ein Achtel reduziert. In allen Fällen wurde die Metalloberfläche rauer.

Trageverhalten

Das Verschleißverhalten von thermoplastischen Verbundwerkstoffen in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit der Gegenlaufflächen aus Edelstahl und Messing wurde mit nur zwei statt drei Metallrauheitswerten getestet. Wie erwartet, erhöhten sich die Verschleißfaktoren aller Verbundstoffe, wenn die Oberflächenrauhigkeit der Gegenlauffläche aus rostfreiem Edelstahl 304 von 8 auf 16 &mgr;in erhöht wurde. zu dem von 50 bis 70 µin. Die Reibungskoeffizienten nahmen jedoch tendenziell ab, wenn die Oberflächenrauheit der Gegenlauffläche aus Gegenmetall erhöht wurde.

Verschleißfaktoren

Die Verschleißfaktoren der Kunststoffverbundwerkstoffe und die Reibungskoeffizienten der Verschleißpaare waren bei Edelstahl 440 im Allgemeinen höher als bei der Sorte 304. Das Material 440 hatte auch einen höheren Verschleißfaktor als die Sorte 304 - wahrscheinlich, weil die Sorte 304 mit Verschleiß kaltverfestigt.

Kunststoffverschleißfaktoren gegen 8 bis 16 µin. Die Oberflächenbeschaffenheit von Messing ist im Wesentlichen die gleiche wie bei den rostfreien Stählen. Die Messingproben verschleißen jedoch bis zu achtzigmal schneller als Edelstahl, wenn sie mit glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen verbunden werden. PTFE-geschmiertes Nylon 6/6 und PTFE-geschmierte, aramidfaserverstärkte Nylon 6/6-Verbundwerkstoffe ergaben bei den Messingproben einen äußerst geringen Verschleiß. Die endgültige Oberflächengüte einiger Proben war jedoch bis zu viermal rauer als die von Edelstahl in analogen Verschleißpaaren.

Im Vergleich zu den anderen Metalloberflächen haben diejenigen auf Gegenlaufflächen aus Aluminiumlegierung 2024 einen engeren Toleranzbereich und ergeben akzeptable Verschleißfaktoren für die Kunststoffverbundwerkstoffe. Die geringste Abnutzungsbewertung trat bei 12 bis 16 µin auf. Finish auf dem Aluminium.

PTFE

PTFE-geschmiertes, unverstärktes Nylon 6/6 und das PTFE-geschmierte, aramidfaserverstärkte Nylon 6/6-Verbundmaterial lieferten die niedrigsten Verschleißraten aller Verbindungspaare mit einer Aluminiumlegierung. Allerdings waren die Verschleißfaktoren aller getesteten Kunststoffverbunde gegen Aluminium höher als die entsprechenden Verschleißfaktoren, die gegen Stahl, Edelstahl oder Messing erzeugt wurden. Übermäßiger Systemverschleiß mit Phosphorbronze-Gegenflächen wurde bei allen thermoplastischen Verbundwerkstoffen festgestellt, mit Ausnahme derer, die mit den gleichen zwei PTFE-geschmierten Formulierungen getestet wurden.

Verschleißverhalten von Verbundwerkstoffen auf Fluorpolymerbasis

PTFE-Verbundwerkstoffe mit anorganischen Füllstoffen wie Graphitpulver, Koksmehl und gemahlenen Glasfasern ergaben höhere Verschleißfaktoren und Gegenflächenverschleiß, wenn sie gegen Aluminium betrieben wurden als gegen Stahl. Im Gegensatz dazu PTFE-Verbundwerkstoffe mit Bronze und synergistischem MoS_2, ergeben niedrigere Verschleißraten von Verbundwerkstoffen und Gegenmetallen gegenüber Aluminium als gegenüber Stahl. PTFE-Verbundwerkstoffe, die PPS, Polyoxybenzoat und organische Füllstoffe aus aromatischen Verstärkungspolymeren (ARP) enthalten, weisen beim Lauf gegen Stahl und Aluminium ähnliche Ohrraten und Gegenflächenverschleiß auf. Bei allen Fluorpolymer-Verbundwerkstoffen waren die Reibungskoeffizienten gegenüber Aluminium höher als gegenüber Stahl.

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