• Úvod
  • Odborné články
  • Radiační síťování – recept na zlepšení tribologických vlastností vstřikovaných polymerních dílů

Radiační síťování – recept na zlepšení tribologických vlastností vstřikovaných polymerních dílů

Radiační síťování – recept na zlepšení tribologických vlastností vstřikovaných polymerních dílů

Oblasti, v nichž plasty nahrazují jiné materiály, například kovy, jsou téměř všechny druhy pohonů. Plast je materiál vhodný pro výrobu ozubených kol, ložiskových pouzder nebo jiných kluzných prvků. Lehké a levně vyrobitelné díly nacházíme v kancelářských strojích, v automobilech, v technice pro domácnosti, a jiné. Odolnost vůči chemikáliím a schopnost obejít se bez mazání předurčuje tyto díly z plastů pro použití zejména ve zdravotnické a potravinářské technice.

Co lze od materiálu očekávat?

Požadavky na plastové díly s jejich rozšířením stoupají. Jednou z největších výzev je maximální přípustná provozní teplota. Plastové převody mají spolehlivě a bez údržby běžet i za extrémních teplot. V kancelářských strojích, jako jsou například laserové tiskárny, musí zvládat lokální teplotní špičky 150 °C a vyšší. Například ozubená kola z polyamidu nebo polyacetalu zde už však dosahují svých hranic. Materiál začíná měknout a není již schopen přenášet stejné síly jako při pokojové teplotě.
Při výběru vhodného materiálu je důležité, co od něj očekávame. Vybraný materiál musí například splňovat požadavky ohledně koeficientu tření, pevnosti v tlaku, teploty použití, případného rázového namáhání a potřebné tvarové stálosti atd.. Kvůli obzvláště nízkým koeficientům tření vůči jiným látkám (například oceli) je polytetrafluoretylén (PTFE) s oblibou používán jako materiál na ložiska. Jsou-li požadavky na díly pohonů náročné, výrobci často volí „High performance“ polymery jako například polyetherethererketon (PEEK), polyfenylensulfid (PPS) nebo vhodné reaktoplasty. Tyto materiály jsou ovšem nejen o mnoho dražší než technické termoplasty, ale také kladou zvýšené požadavky na jejich zpracování.

Relativní pohyby strojních prvků z plastů neustále vedou ke tření a opotřebení, což se projevuje na jejich životnosti. Dochází k poškození při zaběhávání, erozi a abrazi materiálu a ke spékání. To zvyšuje opotřebení a snižuje životnost výrobku v důsledku vysokých teplot nebo zatížení. Nižší výrobní náklady bývají často vykoupeny vyššími náklady na opravu.

 BGS
 Tento převod z plastových ozubených kol lze vyrobit levně. Radiační ozáření zajistí, že bude po celou dobu životnosti fungovat bez údržby.

 


Jiná cesta

K vysoce jakostním - High performance - polymerům již dlouho existuje ekonomicky zajímavá alternativa – radiační síťování. Touto metodou jsou modifikovány masové a technické termoplasty, jimž lze dát vlastnosti, jaké jinak nalézáme jen u „High performance“ polymerů, a to velmi jednoduše a levně. Energie ze záření je materiálem absorbována, vznikají radikály, které spolu reagují a při následné chemické reakci dochází ke vzniku nekonečné trojrozměrné struktury, prostorové sítě, gelu. Radiační síťování probíha při pokojové teplotě a bez dodatečného namáhání ozařovaných výrobků. Vniklá trvalá síť dává materiálu tížené zlepšené vlastnosti.

Radiační zesítění umožňuje nejen vyšší provozní teploty, ale i nižší creep, zvýšenou tvarovou stálost za tepla, zlepšené tribologické vlastnosti a lepší tvarovou paměť, jakož i vyšší odolnost proti trhlinám způsobených pnutím. Ozářením se snižuje i koeficient tepelné roztažnosti.

K cílenému zesíťování plastů se dnes používá hlavně elektronové beta-záření (urychlenými elektrony). Příležitostně se pro objemnější výrobky používá i gama-záření kvůli jeho vyšší hloubce průniku. Síťovací reakce způsobené beta zářením postihují u semikrystalických termoplastů v makromolekulární rovině hlavně oblasti amorfní popřípadě oblasti méně krystalické, přitom se snižuje pohyblivost molekul závislá na teplotě a rostoucí stupeň zesíťění vede ke zvýšení teploty skelného přechodu.
 Tyto reakce vedou k podstatnému zlepšení použitelnosti výrobků z polyamidů, zejména jejich pevnosti, tvarové stálosti za tepla a jejich dlouhodobé teplotní odolnosti.
U mikrodílů a ozubených kol bývá v důsledku geometrie poměr povrchu dílu k jeho objemu nepříznivý pro tvorbu morfologie a krystalinity. Proto právě tribologicky silně namáhané okrajové oblasti vykazují amorfní struktury. Zvláště u těchto typů součástí se výrazně projevují výhody radiačního zesítění tím, že se značně sníží otěr a opotřebení.

Jak radiační síťování zlepšuje tribologické vlastnosti termoplastů
Zdroj: LKT Erlangen, Dr. Zaneta Brocka

 Tribologický požadavek / zatížení Efekty elektronového ozáření
 vysoká odolnost vůči opotřebení zvýšení stupně zesítění
zlepšení odolností vůči opotřebení
malé poškození kluzného protějšku
 vyšší tepelná zatížitelnost
(vývoj tepla třením)
 zvýšení teploty skelného přechodu
zvýšení tvarové stálosti za tepla
zvýšení teplotní meze použitelnosti
 vysoká přesnost lícování (ložiska),
malá vůle (převody)
 snížení koeficientu tepelné roztažnosti
menší sklon ke creepovému chování (studený tok)
 mazání zlepšení odolnosti vůči chemikáliím a tvorbě trhlin způsobených pnutím
 vysoká mechanická zatížitelnost
(přenosový momenty / ozubená kola)
 zlepšená pevnost
menší sklon ke creepovému chování (studený tok)

 

Formulář White paper - Radiační sítování: Od plastu k vysoce odolnému materiálu

  • autor:
  • Dipl.-Ing.Michal Daněk, www.bgs.eu
  • BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG.

    BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG.

    Priemyselné ožarovanie, procesy optimalizácie plastových výrobkov, radiačné sieťovanie plastových výrobkov, radiačná sterilizácia, beta a gama ožarovanie.



Mohlo by vás tiež zaujímať



 

Archív článkov

Najbližšie výstavy