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Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, die Reibung zu verringern und die Verschleißfestigkeit von 3D-gedruckten Nylon-Kohlefaser-Kunststoffteilen zu verbessern, wie in einem kürzlich erschienenen Fachartikel veröffentlicht wurde.
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Tribokunststoffe
Kunststoffe sind fest, steif und leicht, verschleißen aber bei Anwendungen mit hoher Reibung, wie z. B. Zahnrädern oder Lagerflächen, recht schnell.
Ein Team von Forschern aus verschiedenen Instituten in Österreich hat einen Weg gefunden, SLS-gedruckte PA12-CF-Thermoplast-Verbundteile durch Auftragen einer speziellen Beschichtung mit Atmosphärendruck-Plasmaabscheidung (APPD) in Teile mit verbesserten tribologischen Eigenschaften zu verwandeln.
Beschichtungen
Es gibt herkömmliche Mittel zur Verringerung der Reibung von Kunststoffen, die jedoch mit vielen Kompromissen verbunden sind. Organische Farben können den Reibungskoeffizienten (CoF) senken, neigen aber dazu, das Substrat sehr schnell zu verschleißen. Man kann Kunststoffteile mit Metallen galvanisieren, um den CoF zu verringern, aber diese reagieren nicht gut auf Biegung, so dass die Beschichtungen sehr leicht reißen.
Es gibt eine Vielzahl von Hochtemperaturbeschichtungsverfahren, aber Kunststoffe reagieren nicht gut auf die thermische Belastung solcher Verfahren. Sie neigen zum Schmelzen. Kurz gesagt, es mangelt an der Fähigkeit, eine hohe Verschleißfestigkeit bei niedrigen Beschichtungstemperaturen für Kunststoffe zu erreichen.
Die wenigen geeigneten Verfahren, wie Sputtern und Lichtbogenverdampfung, sind gute Kandidaten, aber sie eignen sich eher für kleine Chargen als für größere Produktionsläufe.
Optimale Lösung
Die Forscher fanden ihre Lösung in einem Verfahren, das als Atmosphärendruck-Plasmaabscheidung bekannt ist und das nachweislich das beste Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit, Flexibilität und Produktionskapazität bietet.
Das Verfahren funktioniert durch die präzise Zuführung der Beschichtung in Pulverform in eine Düse, die mit einem fokussierten Gleichstrom-Plasmabrenner verbunden ist. Im Falle dieser Untersuchung bestand das Pulver aus Molybdändisulfid und Graphit. Der Brenner schmilzt das Pulver, das aufgrund seiner präzisen Vorschubgeschwindigkeit auf den Kunststoff trifft, sofort abkühlt und mit zunehmender Schichtdicke auf der Oberfläche erstarrt. Es kühlt so schnell ab, dass der Kunststoff nicht schmilzt. Das Bild unten zeigt den Plasmabrennerprozess.
Die Forschung hat gezeigt, dass die Zusammensetzung und die Dicke der Beschichtung einen starken Einfluss auf die tribologische Leistung der aufgebrachten Beschichtung haben.
Reine Molybdändisulfidbeschichtungen verschleißen schnell. In Kombination mit Graphit wurde die Verschleißfestigkeit jedoch deutlich erhöht.
Es wurde nachgewiesen, dass bei einer ausreichend dicken Beschichtung Reibungskoeffizienten von weniger als 0,1 erreicht werden können. Das ist viermal niedriger als der Reibungskoeffizient von unbeschichtetem PA12.
Die Ergebnisse sind in der Veröffentlichung mit dem Titel "Low-friction, wear-protecting coatings on polymers by atmospheric pressure plasma spraying" zu finden, die in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Surface and Coatings Technology erschienen ist. Sie können diese Arbeit unter diesem Link lesen.
