7 армирующих материалов для повышения износостойкости пластмасс

Износостойкость — важный показатель, определяющий область применения и срок службы пластмасс. Чтобы снизить трение и износ пластмасс, можно добавить смазывающие или армирующие вещества.

Смазочное масло имеет множество недостатков. Со временем смазка стареет, к тому же требуется частое обслуживание, а также она легко собирает пыль и мусор и загрязняет внутренние детали.

Поэтому добавление армирующих материалов для повышения износостойкости и самосмазывающихся свойств пластмасс стало лучшим выбором.

Распространённые добавки и армирующие материалы: политетрафторэтилен (ПТФЭ), дисульфид молибдена, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, кремний, графит, стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно и др.

1. Политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон)
Политетрафторэтилен (ПТФЭ), широко известный как тефлон, был изобретён компанией DuPont в 1938 году.
ПТФЭ почти не прилипает ни к какому веществу и при этом обладает самосмазывающимися свойствами, поэтому обычно используется в качестве антиадгезионного покрытия. Антипригарное покрытие — классическое применение ПТФЭ.
Порошок ПТФЭ специально используется в качестве добавки. Он обладает самым низким коэффициентом трения среди всех износостойких добавок. В процессе трения порошок ПТФЭ образует на поверхности детали смазочную плёнку. Это лучшая противоизносная добавка для применений с высокой нагрузкой. Наиболее подходящее количество добавляемого ПТФЭ — 15% для некристаллических пластмасс и 20% для кристаллических пластмасс.
Порошок ПТФЭ может использоваться в конструкционных пластмассах, покрытиях, красках, лаках, смазках, плёнках, резине и т. д. для улучшения свойств основного материала, например:

1. Износостойкость, стойкость к трению и стойкость к царапинам
2. Лёгкость очистки от загрязнений
3. Антиблокирующие свойства
4. Смазывающие свойства (используется для модификации конструкционных пластмасс)
5. Антифрикционные и противоизносные свойства

2. Дисульфид молибдена
Дисульфид молибдена (MoS2) — чёрный порошок с металлическим блеском и скользкий на ощупь. Дисульфид молибдена является важной твёрдой смазкой, особенно подходящей для высоких температур и высокого давления, и известен как “король передовых твёрдых смазок”. В области конструкционных пластмасс он в основном используется в качестве износостойкой добавки для нейлоновых пластмасс.

3. Графит

Химическая структура графита представляет собой уникальную решётчатую структуру. Эта уникальная химическая структура позволяет молекулам графита легко скользить друг относительно друга с небольшим трением. Эта износостойкость особенно важна в средах с водой. Это свойство делает графит идеальной износостойкой добавкой для многих применений, помещаемых в воду, таких как облицовки водяных насосов, рабочие колёса и уплотнения клапанов.

4. Полисилоксан
Полисилоксановая жидкость является мигрирующей износостойкой добавкой. При добавлении в термопласты добавка медленно мигрирует к поверхности детали и образует непрерывную плёнку. Полисилоксаны имеют широкий диапазон вязкости. Вязкость полисилоксана чрезвычайно низка, и он быстро перемещается к поверхности детали в текучем состоянии, обеспечивая износостойкость. Если вязкость полисилоксана слишком низка, он будет более летучим и быстро исчезнет с детали.

5. Стекловолокно
Стекловолокно — неорганический неметаллический материал, в основном состоящий из диоксида кремния, диаметром от нескольких микрон до более чем 20 микрон. Оно обладает преимуществами хорошей изоляции, высокой термостойкости, хорошей коррозионной стойкости и высокой механической прочности. Оно часто используется в качестве армирующего материала для пластмасс.

Хотя стекловолокно по своей природе хрупкое и обладает низкой износостойкостью, при использовании для армирования пластмасс стекловолокно может обеспечивать прочное механическое связывание между полимерами, поэтому стекловолокно может повышать целостность термопластичной структуры и улучшать износостойкость.

Стеклопластик может применяться в различных механических деталях, таких как: водяные насосы, водяные клапаны, подшипники, втулки, шестерни, кронштейны, ролики и т. д.

6. Углеродное волокно
Углеродное волокно изготавливается из вискозной пряжи, полиакрилонитрильного волокна и пековой пряжи в качестве сырья и карбонизируется при 300~1000℃.

Как и в случае со стекловолокном, углеродное волокно может значительно повысить целостность структуры, износостойкость, а также способность выдерживать нагрузку и скорость износа. В отличие от стекловолокна, углеродное волокно является более мягким и менее царапающим волокном. Углеродное волокно не будет царапать поверхность трения чугуна или стали, с которыми оно трётся.

Используя самосмазывающиеся свойства углеродного волокна, армированный углеродным волокном пластик может применяться для подшипников, шестерён и поршневых колец специального назначения. Например, подшипники с масляной смазкой для авиационных приборов и магнитофонов, шестерни с масляной смазкой для электровозов с дизельным приводом (чтобы избежать аварий из-за утечки масла) и поршневые кольца с масляной смазкой на компрессорах.

7. Ароматическое полиамидное волокно (арамид)
Арамидное волокно, широко известное как арамид, было успешно разработано компанией DuPont в США с 1960-х годов. Это новый тип высокотехнологичного синтетического волокна с сверхвысокой прочностью, высоким модулем, термостойкостью, стойкостью к кислотам и щелочам, лёгким весом и другими превосходными свойствами. Его прочность в 5-6 раз выше, чем у стальной проволоки.

Арамидное волокно также является одной из износостойких добавок. По сравнению со стекловолокном и углеродным волокном, это самое мягкое и наименее царапающее волокно. Эта особенность является главным преимуществом арамидного волокна в износостойких применениях, особенно стойкого к царапинам волокна на поверхности сопрягаемых деталей.