Anwendung von PEEK-Verbundwerkstoffen in Gleitlagern

Optimierung der Leistung

Lager sind mechanische Bauteile, die drehende Teile auf Wellen abstützen. Je nach ihrem Funktionsprinzip lassen sich Lager in zwei Arten unterteilen: Wälzlager (Wälzlager) und Gleitlager (Gleitlager).

Gleitlager haben die Vorteile eines einfachen Aufbaus, einer geringen radialen Größe, einer hohen Tragfähigkeit, einer guten Stoßdämpfung, eines stabilen Betriebs, geringer Geräuschentwicklung und einer langen Lebensdauer. Sie sind weit verbreitet in verschiedenen Bereichen wie Kurbelwellen in Verbrennungsmotoren, Schiffsantriebswellen, Schiffsausrüstungen, Hydraulikmaschinen und Windturbinengetrieben.

Gleitlager haben jedoch einen erheblichen Anlaufreibungswiderstand, und es ist schwierig, eine ausreichende Lagerung des Schmieröls zu gewährleisten. Bei wiederholten schweren Stößen neigen Gleitlager zum Schlupf an der Schnittstelle, was zu einem Kontakt zwischen der Lagerbuchse und dem Wellenzapfen führt. Dies kann zum Abblättern des Lagerauskleidungsmaterials und zu Ermüdungsabrieb an der Innenfläche führen und Ausfälle wie Wellenfresser und Lagerverbrennungen zur Folge haben.

Die Verwendung selbstschmierender Materialien in Gleitlagern kann deren Reibungs- und Verschleißverhalten wirksam verbessern, den Anlaufreibungswiderstand verringern und kurz- oder langfristig einen normalen Betrieb ohne Schmierung ermöglichen. Daher ist die Anwendung von selbstschmierenden Materialien in Gleitlagern zu einem der aktuellen Forschungsschwerpunkte geworden.

PEEK ist ein häufig verwendetes selbstschmierendes Material für Gleitlager, das sich durch gute Verschleißfestigkeit, chemische Stabilität und Dimensionsstabilität auszeichnet. Reines PEEK-Material, das in Gleitlagern verwendet wird, steht jedoch vor Herausforderungen wie der Notwendigkeit einer verbesserten Oberflächenhaftung, der Schwierigkeit, die technischen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit zu erfüllen, und den Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und Formgebung. Daher ist es üblich, PEEK zu modifizieren, um PEEK-Verbundwerkstoffe mit besserer Gesamtleistung für Gleitlager herzustellen.

PEEK-Verbundwerkstoffe haben niedrige Reibungskoeffizienten und geringe Verschleißraten. Aus PEEK-Verbundwerkstoffen hergestellte Lager weisen hervorragende selbstschmierende Eigenschaften und eine gute Temperaturbeständigkeit auf. Darüber hinaus verfügen sie über hervorragende mechanische Eigenschaften, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringes Gewicht und Maßhaltigkeit. Sie werden derzeit in vielen Anwendungen eingesetzt.

Gegenwärtig werden bei selbstschmierenden Gleitlagern in großem Umfang nichtmetallisch-metallische Verbundwerkstoffe verwendet. Die Struktur besteht hauptsächlich aus einer Matrix (Stahl) + Liner (selbstschmierendes Polymer) oder einer Matrix (Stahl) + Zwischenschicht (Legierung) + Liner (selbstschmierendes Polymer). PEEK, ein häufig verwendetes selbstschmierendes Polymermaterial für Gleitlager, hat einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,48 bei Raumtemperatur, eine Verschleißrate von etwa 14×10-6mm3/N-m, einen Schmelzpunkt von etwa 344°C und eine Glasübergangstemperatur von etwa 143°C. Es besitzt eine hohe Festigkeit, Zähigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul sowie eine ausgezeichnete Isolierung, Hochtemperaturbeständigkeit, Hydrolysebeständigkeit und Strahlungsbeständigkeit.

Reines PEEK-Material steht vor Herausforderungen wie der Notwendigkeit einer verbesserten Oberflächenhaftung, einer schwachen Bindung mit anderen Materialien, der Anfälligkeit für thermische Ausdehnung, thermische Verformung und thermische Ermüdung sowie Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und Formgebung aufgrund der schlechten Fließfähigkeit der Schmelze und der hohen Verarbeitungstemperaturen. Um diese Mängel zu beheben, wird PEEK häufig modifiziert, um PEEK-Verbundwerkstoffe mit überlegener Gesamtleistung zu erhalten.

Zu den Modifizierungsmethoden für PEEK gehören vor allem die Oberflächenmodifizierung, die Modifizierung der Faserverstärkung, die Modifizierung der Partikelfüllung und die Modifizierung der Polymermischung.

Bei der Oberflächenmodifizierung wird die Struktur der PEEK-Materialoberfläche durch chemische oder physikalische Methoden verändert, um die Reibungs- und Verschleißeigenschaften, die thermodynamischen Eigenschaften und die Verbundfestigkeit mit anderen Materialien zu verbessern.

Bei der Modifizierung der Faserverstärkung werden CF, GF und verschiedene Whisker als Füllstoffe verwendet, um PEEK zu modifizieren und so PEEK Verbundwerkstoffe mit hoher Verschleißfestigkeit herzustellen.

Die Modifizierung durch Partikelfüllung zielt darauf ab, die Belastbarkeit und die Transferfilmfestigkeit von PEEK durch anorganische Füllstoffe zu verbessern und dadurch Reibung und Verschleiß zu verringern.

Bei der Modifizierung durch Polymermischung wird PEEK mit Polymeren mit hoher Glasübergangstemperatur gemischt, um seine thermische Leistung zu verbessern.

Ausgehend von der praktischen Anwendung wurde ARKPEEK zu ARKPEEK-CF30 und ARKPEEK-MOD weiterentwickelt. Aufgrund ihrer effizienten Leistung finden sie heute breite Anwendung bei spezifischen Anforderungen für Gleitlager. Für weitere Informationen kontaktieren Sie uns bitte.