Gamechanger MikrokapseltechnologieErweitert den Funktionsumfang von Kunststoffen
Durch Mikrokapseln lassen sich ...
- flüssige Stoffe in trockenes Pulver umwandeln,
- leicht flüchtige Stoffe einkapseln,
- Stoffe vor der Reaktion z. B. mit Luft, Licht oder Flüssigkeiten schützen und sie bei Bedarf freisetzen,
- reaktionsfreudige Substanzen voneinander getrennt halten,
- Wirkstoffe gezielt oder über eine bestimmte Zeit freisetzen oder
- zusätzliche Funktionalitäten wie Farbe oder Geruch in ein Produkt einsetzen
Verkapselte Schmier- und Wirkstoffe in grifftrockenen Anwendungen bieten Lösungen bei vielen Problemstellungen. Mit ihrem Einsatz im Bereich Spritzgießen werden sie zum technologischen Gamechanger.
Neben Schmierfetten, Pasten und Schmierstoffdispersionen zählen auch Beschichtungen zu den wirksamen Schmierstoffsystemen. BECHEM Gleitlacksysteme sind in der Großserienfertigung von Premiummotorkolben unverzichtbar. Dennoch ist vielen Entwicklern und Zulieferern die volle Bandbreite der Anwendungsmöglichkeiten von Gleitlacken nicht bekannt.
Diese Lacke bestehen aus ausgewählten Festschmierstoffen, die in organischen oder anorganischen Bindern in Lösemittel oder Wasser dispergiert sind. Nach der Applikation und dem Aushärten entsteht ein fester Verbund aus Bindemitteln und Festschmierstoffen. Bei tribologischer Beanspruchung erfolgt die Übertragung der Festschmierstoffe auf den Gegenkörper. Dabei bildet sich ein Transferfilm, der die Scherkräfte und Reibwerte reduziert. Es stehen eine Vielzahl von Bindemitteln und Festschmierstoffen zur Verfügung, auch auf Basis von Nanotechnologie, mit vielfältigen Eigenschaften für unterschiedlichste Entwicklungsanforderungen.
- Verminderung von Reibung und Verschleiß
- Störgeräuschminimierung
- Konstante Reibungszahlen mit sehr geringer Streuung
- Einsatz unter extremen Bedingungen (Temperatur, Vakuum und Staub)
- Die Temperaturbeständigkeit reicht je nach Typ von - 70 °C bis + 450 °C
- Mineralöl- und chemikalienbeständige Beschichtungen möglich
- Verbesserter Einlauf von Maschinenelementen und Notlaufeigenschaften
- Sehr guter Korrosionsschutz
- Sauber in der Anwendung – keine Verschmutzung von Reibstelle und Umgebung
- Vermeidung von Schwingungs-Reibverschleiß (Passungsrost)
- Dünne Schichten sind realisierbar (5 – 30 μm)
- Viele Gleitlackbeschichtungen sind überlackierbar
- Verbesserung der Montagemöglichkeiten von Maschinenelementen
Leistungssteigerung durch Mikrokapseltechnologie
Durch Mikrokapseln (1-1000 µm Größe) mit wirkstoffbefülltem Kernmaterial im Gleitlack wird die Schmierwirkung der enthaltenen Festschmierstoffe verstärkt. Die Mikrokapseln immobilisieren feste, flüssige oder gasförmige Stoffe in kleinsten Portionen, umgeben von einem Wand- oder Matrixmaterial.
REM-Aufnahmen veranschaulichen das Wirkprinzip: Kugelartige Container im Gleitlack, gefüllt mit Schmierstoff oder anderen Wirkstoffen, sind nur unter dem Rasterelektronenmikroskop sichtbar. Unter Belastung wird der Schmierstoff dosiert an die Reibstelle abgegeben, bildet einen effektiven Schmierfilm und reduziert Reibung und Verschleiß. Die Verkapselung schützt vor Unverträglichkeiten zwischen Harzbindesystem und Schmierstoffen.
Nach jeder Bewegung ist ein minimaler Verschleiß der Oberfläche zu erkennen. Dies nutzt die Mikrokapseltechnologie zu ihrem Vorteil: Das mechanische Einwirken auf den Gleitlack bewirkt die Öffnung der Kapselhülle und gibt den zusätzlichen Schmierstoff dosiert frei. Durch die kontinuierliche Reibbewegung im tribologischen Spalt wird er weiter verteilt und sorgt für eine grifftrockene Oberfläche. Mit fortschreitendem Verschleiß werden tieferliegende Kapseln erreicht, die eine konstante Schmiermittelversorgung gewährleisten.
Das Kunststoffbauteil erhält beim Reibkontakt durch compoundierte Mikrokapseln Schmierung bei Bedarf. Es schmiert sich selbst unter Druck, eine echte Alternative zu Graphit oder ausschwitzenden Ölen.
In einer Vielzahl von Anwendungen (z.B. Schiebetüren oder Kunststoffgetriebe), sind Kunststoffbauteile Reibung und Verschleiß ausgesetzt. Kunststoffhersteller integrieren daher manchmal feste Schmierstoffe in Kunststoffe, um den Verschleiß von Bauteilen zu verringern. Jedoch sind nur weniger Festschmierstoffen für die Kunststoffverarbeitung geeignet und im Zuge der anstehenden PFAS-Regulation wird deren Einsatz nochmal deutlich reduziert. Bei flüssigen Schmierstoffen gibt es hingegen eine deutlich größere Bandbreite, teilweise mit höherer Effektivität, deren Einbau in einen Kunststoff ist jedoch schwer zu realisieren.
Gerade hier setzt die Mikrokapseltechnologie an, da flüssige Schmierstoffe so verkapselt werden, dass sie als Funktionsstoffe in Polymere eingebracht werden können. So können in der späteren Anwendung im Bauteil alle Vorteile einer Flüssig-Schmierwirkung entfalten werden. Wir konnten zeigen, dass durch den Einbau von schmierstoffgefüllter Mikrokapseln in Kunststoffen der Verschleiß um bis zu 85 Prozent reduziert wird, wodurch nicht nur die Prozesse effektiver gestaltet werden können, sondern auch Mikroplastik in der Umwelt reduziert wird.
Die freie Wahl des Inhaltsstoffs erlaubt aber eine viel breitere Palette von Anwendungsmöglichkeiten, von verbesserten Bauteilen bis hin zu alternativen Konstruktionsprozessen.
Wie effizient die Schmierung in der Reibstelle von Kunststoffteilen (Material POM-C) aufgebaut werden kann zeigt die Betrachtung der Reibwertverläufe bei konstanter Flächenpressung.
Mikrokapseln: sehr großes Potenzial als Problemlöser.
Application Expert Anti-Friction Coatings
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