Radiační síťování - recept na zlepšení tribologických vlastností vstřikování polymerních dílů

Co lze od materiálu očekávat?

Požadavky na plastové díly s jejich rozšířením stoupají. Jednou z největších výzev je maximální přípustná provozní teplota. Plastové převody mají spolehlivě a bez údržby běžet i za extrémních teplot. V kancelářských strojích, jako jsou například laserové tiskárny, musí zvládat lokální teplotní špičky 150 °C a vyšší. Například ozubená kola z polyamidu nebo polyacetalu zde už však dosahují svých hranic. Materiál začíná měknout a není již schopen přenášet stejné síly jako při pokojové teplotě.
Při výběru vhodného materiálu je důležité, co od něj očekávame. Vybraný materiál musí například splňovat požadavky ohledně koeficientu tření, pevnosti v tlaku, teploty použití, případného rázového namáhání a potřebné tvarové stálosti atd.. Kvůli obzvláště nízkým koeficientům tření vůči jiným látkám (například oceli) je polytetrafluoretylén (PTFE) s oblibou používán jako materiál na ložiska. Jsou-li požadavky na díly pohonů náročné, výrobci často volí „High performance“ polymery jako například polyetherethererketon (PEEK), polyfenylensulfid (PPS) nebo vhodné reaktoplasty. Tyto materiály jsou ovšem nejen o mnoho dražší než technické termoplasty, ale také kladou zvýšené požadavky na jejich zpracování.

Relativní pohyby strojních prvků z plastů neustále vedou ke tření a opotřebení, což se projevuje na jejich životnosti. Dochází k poškození při zaběhávání, erozi a abrazi materiálu a ke spékání. To zvyšuje opotřebení a snižuje životnost výrobku v důsledku vysokých teplot nebo zatížení. Nižší výrobní náklady bývají často vykoupeny vyššími náklady na opravu.

Tento převod z plastových ozubených kol lze vyrobit levně. Radiační ozáření zajistí, že bude po celou dobu životnosti fungovat bez údržby.

Jiná cesta

K vysoce jakostním - High performance - polymerům již dlouho existuje ekonomicky zajímavá alternativa – radiační síťování. Touto metodou jsou modifikovány masové a technické termoplasty, jimž lze dát vlastnosti, jaké jinak nalézáme jen u „High performance“ polymerů, a to velmi jednoduše a levně. Energie ze záření je materiálem absorbována, vznikají radikály, které spolu reagují a při následné chemické reakci dochází ke vzniku nekonečné trojrozměrné struktury, prostorové sítě, gelu. Radiační síťování probíha při pokojové teplotě a bez dodatečného namáhání ozařovaných výrobků. Vniklá trvalá síť dává materiálu tížené zlepšené vlastnosti.

Radiační zesítění umožňuje nejen vyšší provozní teploty, ale i nižší creep, zvýšenou tvarovou stálost za tepla, zlepšené tribologické vlastnosti a lepší tvarovou paměť, jakož i vyšší odolnost proti trhlinám způsobených pnutím. Ozářením se snižuje i koeficient tepelné roztažnosti.

K cílenému zesíťování plastů se dnes používá hlavně elektronové beta-záření (urychlenými elektrony). Příležitostně se pro objemnější výrobky používá i gama-záření kvůli jeho vyšší hloubce průniku. Síťovací reakce způsobené beta zářením postihují u semikrystalických termoplastů v makromolekulární rovině hlavně oblasti amorfní popřípadě oblasti méně krystalické, přitom se snižuje pohyblivost molekul závislá na teplotě a rostoucí stupeň zesíťění vede ke zvýšení teploty skelného přechodu.
 Tyto reakce vedou k podstatnému zlepšení použitelnosti výrobků z polyamidů, zejména jejich pevnosti, tvarové stálosti za tepla a jejich dlouhodobé teplotní odolnosti.
U mikrodílů a ozubených kol bývá v důsledku geometrie poměr povrchu dílu k jeho objemu nepříznivý pro tvorbu morfologie a krystalinity. Proto právě tribologicky silně namáhané okrajové oblasti vykazují amorfní struktury. Zvláště u těchto typů součástí se výrazně projevují výhody radiačního zesítění tím, že se značně sníží otěr a opotřebení.

Jak radiační síťování zlepšuje tribologické vlastnosti termoplastů
Zdroj: LKT Erlangen, Dr. Zaneta Brocka

Formulář White paper - Radiační sítování: Od plastu k vysoce odolnému materiálu