Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFVerschleiß durch Kunststoffcompounds in der Schmelzeverarbeitung
Verschleiß in der Kunststoffverarbeitung
Manche Kunststoffcompounds wirken in der Schmelzeverarbeitung stark verschleißend auf die der Schmelze ausgesetzten Maschinenkomponenten, wie Extruder- und Spritzgussschnecken, Rückstromsperren und Spritzgießwerkzeuge. Die Verschleißwirkung beruht auf Abrasion, Korrosion oder von Beidem.
Abrasiver Verschleiß bei glasfaser- und hartstoffhaltigen Compounds
Rein abrasiven Verschleiß hat man z.B. bei Formulierungen mit hohem Glasfaseranteil (mindestens 40-50%) oder hohem Gehalt an Hartstoffen wie Bornitrid oder Aluminiumoxid. Letztere dienen der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, so dass die betreffenden Compounds sich z.B. zur Fertigung von Leuchten mit Hochleistungs-LEDs eignen, ohne, dass zusätzliche metallische Kühlkörper vorzusehen wären.
Korrosiver Verschleiß bei halogenfrei flammgeschützten Polyamiden
Typische Vertreter von Formulierungen mit stark korrosivem Verschleiß sind Polyamidcompounds, die auf Diethylphosphinatbasis (DEPAL) halogenfrei flammgeschützt sind. Die betreffenden Additive können dabei in der Schmelze direkt mit den Werkstoffen reagieren oder sie bilden durch thermische Zersetzung hinsichtlich Korrosion aggressive Verbindungen, wie anorganische Säuren. Dennoch hat sich DEPAL insbesondere für Polyamide als eine der bedeutendsten halogenfreien Flammschutzkomponenten erwiesen.
Kombinierte Verschleißmechanismen: Synergie von Abrasion und Korrosion
Ein Beispiel für korrosiv geschädigte Maschinenkomponenten sind die in der Abbildung gezeigten Schneckenelemente. Sie entstammen der Verarbeitung von halogenfrei (DEPAL-System) flammgeschützten Polyamiden mit einem Glasfaseranteil (GF) von 30% im Technikum des LBF. Bei Compounds, die sowohl korrosiv (hier: DEPAL) als auch abrasiv wirkende Bestandteile (hier: GF) enthalten, kommt es zu einer sich wechselseitig verstärkenden Verschleißwirkung, indem durch Abrasion als Barriere wirkende Oxidschichten oder die entstehenden Korrosionsprodukte abgetragen werden und somit ständig „frische“ Stahloberfläche dem korrosiven Angriff ausgesetzt ist.
Neue Herausforderungen durch biobasierte und Recycling-Kunststoffe
Korrosive Anfälligkeit entsteht auch im Zusammenhang mit Kunststoffen auf nachwachsender Rohstoffbasis und Naturfasern zur Verstärkung von Kunststoffcompounds. Diese Materialien haben in den letzten Jahren in ihrer wirtschaftlichen Bedeutung erheblich zugenommen. Von zunehmender Bedeutung sind darüber hinaus korrosive Schäden bei der Verarbeitung von Recycling-Kunststoffen.
Unterstützung durch das LBF bei der Compound-Optimierung
Da die Optimierung von Kunststoffformulierungen, Additivierung, einschließlich Forschungen zu neuen Additiven, ein wesentliches Arbeitsgebiet des LBF darstellt, unterstützen wir Sie gern bei der Entwicklung von Compounds mit minimaler Verschleißwirkung - unter Beibehaltung der Zieleigenschaften.