Radiation crosslinking - an innovative way to improve the tribological properties of plastic products

Oblasti vyu�ití plastových výrobk� neustále p�ibývají a vytla�ují �asto nákladná �ešení z kovu. To je nap�íklad p�ípad tém�� všech druh� pohon� – mimo jiné v automobilovém pr�myslu, u E&E aplikací, v pr�myslových za�ízeních nebo v domácích spot�ebi�ích. Plasty se p�i tom pou�ívají na ozubená kola, lo�isková pouzdra nebo jiné kluzné prvky. Chemická odolnost a schopnost fungovat bez pou�ití maziv a kluziv p�edur�ují plastové díly k tomu, aby se vyu�ívaly p�edevším v léka�ství a potraviná�ském pr�myslu. Krom� toho je jejich hlavní výhodou nízká hmotnost ve srovnání s kovem, co� p�ináší vysoký potenciál úspor u leh�ených konstrukcí, které jsou v mnoha pr�myslových odv�tvích stále d�le�it�jší – hlavn� s ohledem na zvyšující se po�adavky na mobilitu v oblasti automobilového pr�myslu (nap�. u elektromobil� a nebo s cílem sní�it emise CO₂), ale i u jízdních kol, v �elezni�ní doprav� �i v letecké a kosmické technice.

Ale práv� vysoké mno�ství po�adavk� na plastové díly je �asto d�vodem jejich poškození a defekt�, které tak zp�sobují výpadky stroj� a za�ízení, co� vede k prostoj�m a k navyšování náklad� v provozu. Pro vylou�ení t�chto mo�ných problém� jsou nepostradatelné informace k vznikajícím proces�m t�ení a opot�ebení. Materiál se musí zvolit a upravit tak, aby vyhovoval všem t�mto vlastnostem. V souvislosti s tím nabývá na významu optimalizace tribologických vlastností polymerních materiál�, které vycházejí z p�esných po�adavk� kladených na pou�ité plastové díly.

P�i výb�ru výchozího materiálu pro daný výrobek zále�í na tom, jaký plast spl�uje po�adavky na koeficient opot�ebení, pevnost v tlaku, teplotní rozsah pou�itelnosti, p�ípadné rázové zatí�ení a pot�ebnou tvarovou stálost. Sou�ástky – jako nap�. ozubená kola – se �asto vyráb�jí vst�ikováním. Díky velmi nízkému koeficientu t�ení v��i jiným materiál�m (nap�. oceli) pou�ívají výrobci rádi jako lo�iskový materiál polytetrafluorethylen (PTFE). Jsou-li po�adavky kladené na díly pohon� vysoké, doporu�ují se vysoce výkonné polymery jako polyetheretherketon (PEEK), polyfenylensulfid (PPS) nebo duroplasty. Tyto materiály ovšem nejsou pouze mnohem dra�ší ne� technické termoplasty, ale kladou také vyšší po�adavky na jejich zpracování. Existuje ale i cenov� výhodn�jší alternativa.

Radia�ní sí�ování: Optimalizace, která zušlech�uje plasty a otevírá nové oblasti jejich pou�ití 

Pomocí metody radia�ního sí�ování lze optimalizovat technické plasty, které tak získají vlastnosti vysoce výkonných plast�. Technologie je velmi jednoduchá, levná a lze ji aplikovat u r�zných �ástí procesního �et�zce. K radia�nímu zesí�ování plastových výrobk� se vyu�ívá vzniklé energie (ionizující zá�ení) bu� ve form� elektronového zá�ení (beta zá�ení), a nebo u slo�itých a velkých díl� lze také úsp�šn� vyu�ít gama zá�ení, které se vyzna�uje vyšší hloubkou pronikání. P�sobení ionizujícího zá�ení vznikají ve struktu�e oza�ovaného polymeru volné radikály, jejích� vzájemné reakce vedou k procesu sí�ování polymerních �et�zc�. Radia�ní sí�ování, které probíhá p�edevším v amorfních oblastech polymer� mén� odolných proti opot�ebení, tak vytvo�í polymerní sí�.

Zm�nou struktury se v porovnání s neozá�eným materiálem dosahuje modifikovaných mechanických vlastností. Co se týká tribologických po�adavk�, znamenají ú�inky radia�ního sí�ování jasnou výhodu (viz tabulku 1).^[1]

Obr. 1: Oblast pou�ití nezesí�ovaného PA 6.6 pod tribologickým zatí�ením je 20 °C. Radia�ní sí�ování zabra�uje tání polymeru a zvyšuje teplotu trvalého pou�ití a� o 100 °C a zárove� redukuje koeficientem opot�ebení. Díky vyššímu teplotnímu rozsah pou�itelnosti dosahuje míra opot�ebení svého minima teprve p�i cca 170 °C. Zdroj: BGS

 

Obr. 2: Ov��ení teplotní odolnosti a tvarové stálosti za tepla zesí�ovaných sou�ástek m��ením hloubky vniku p�i testu horkým hrotem (vlevo: nezesí�ovaný materiál, vpravo: zesí�ovaný materiál PA-6 GF30, zatí�ení: 1 000 g, teplota: 350 °C). Zdroj: BGS

V�decky podlo�ený úsp�ch „upgradu plastu“

Potenciál vyu�ití plast� zesí�ovaných technologií radia�ního sí�ování (p�edevším polyamid�) v nejr�zn�jších oblastech a p�edevším v odv�tvích s vysokými nároky na tribologické vlastnosti je rozmanitý a byl podlo�en �etnými výzkumy v�deckých institucí, nap�. katedrou technologie plast� (Lehrstuhl für Kunststofftechnik) univerzity Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Radia�n� zesí�ovaný polyamid vykazuje vynikající odolnost proti opot�ebení i p�i vyšších okolních teplotách a lze jej tak pou�ít i v aplikacích, které byly dosud výhradn� doménou nákladných (high-tech) vysoce výkonných termoplast� jako nap�. PEEK a PPS, nebo duroplast�. U komponent pohon� a motor�, jako nap�. v konstrukci a výrob� automobil�, které jsou vystaveny vysokým teplotám a �etným tribologickým proces�m opot�ebení, p�ináší radia�ní sí�ování zárove� enormní potenciál úspor díky sní�ené hmotnosti nahrazením kovových materiál� (leh�ené konstrukce). Proto�e hotové díly získají vyu�itím technologie radia�ního sí�ování fyzikální vlastnosti (high-tech) vysoce výkonných termoplast�, p�ináší to navíc výhody ni�ších náklad� na po�ízení daného polymeru a na jeho zpracování. Tyto výhody se samoz�ejm� týkají všech pr�myslových odv�tví, ve kterých hrají d�le�itou roli u�itné vlastnosti jako pevnost, teplotní odolnost, odolnost proti opot�ebení i leh�ená konstrukce.

Díky radia�nímu sí�ování lze zlepšit profil vlastností technických plast� nov� vytvo�enými  kovalentními vazbami makromolekul. Také výzkumy dokazují, �e se tato technologie úsp�šn� vyu�ívá u tribologicky zat�ovaných díl�: To umo�nilo hlavn� zlepšení mechanických vlastností i zvýšení tvarové stálosti p�i p�sobení vyšších teplot, které jinak urychluje opot�ebení výrobku. P�edevším v mén� krystalických, tribologicky namáhaných okrajích se radia�ním sí�ováním výrazn� zvyšuje odolnost proti ot�ru. Celkov� se radia�ním sí�ováním jednozna�n� rozši�uje teplotní rozsah pou�itelnosti polyamid� p�i daných zatí�eních (drsnost, kluzná rychlost, povrchové tlak, zkušební teplota).^[2] Výrobc�m plast� nevznikají další investice. Delegují poslední stupe� zušlecht�ní plastového výrobku p�ed dodáním na dodavatele oza�ovacích slu�eb jako BGS – se závody v m�stech Wiehl, Bruchsal a Saal.

 

BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG
Sídlo	zastoupení pro �R, SR
Fritz-Kotz-Strasse 16,	Ing. Michal Dan�k, Ph.D.
Wiehl, DE-51674	Masarykova 378
N�mecko	Strá�nice, CZ-69662
Tel.: 0049 2261 78 99 0	Tel.: 00420 739 087 336
info@bgs.eu	danek@bgs.eu
www.bgs.eu

 

---

[1] Viz: Dipl.-Ing. Zaneta Brocka, Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gottfried W. Ehrenstein, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Universität Erlangen-Nürnberg (2006): Strahlenvernetzung von Polyamid zur Verbesserung des tribologischen Verhaltens. In: Kunststofftechnik 2 (2006), s. 5, Carl Hanser-Verlag, Mnichov.

[2] Viz: Dipl.-Ing. Zaneta Brocka, Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gottfried W. Ehrenstein, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Universität Erlangen-Nürnberg (2006): Strahlenvernetzung von Polyamid zur Verbesserung des tribologischen Verhaltens. In: Kunststofftechnik 2 (2006), s. 27, Carl Hanser-Verlag, Mnichov.

 

Formulá� White paper - Radia�ní sítování: Od plastu k vysoce odolnému materiálu