Die Top 5 der verschleißfesten Kunststoffe
Verschleißfesten Kunststoffe
Die Härte und Verschleißfestigkeit von Kunststoff kann in zwei Kategorien eingeteilt werden: Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit. Abriebfestigkeit in Verbindung mit einer langen Lebensdauer ist besonders wichtig, beispielsweise in Lagern. Verschleißfeste Kunststoffe bieten dabei zahlreiche Vorteile im Vergleich zu Metallen. Sie zeichnen sich durch eine hohe dynamische Belastbarkeit, hervorragende Trockenlaufeigenschaften, ein geringes Gewicht, chemische Beständigkeit und deutlich niedrigere Materialkosten aus.
Im Folgenden bieten wir eine Übersicht der Top 5 der verschleißfesten Kunststoffe und deren Eigenschaften.
1. Polyamide (PA)
Polyamid (PA), auch Nylon genannt, ist einer der am häufigsten verwendeten verschleißfesten Kunststoffe. So wird es im Produktionsprozess häufig zur Herstellung von Verschleißplatten, Zahnrädern und Gleitlagern eingesetzt. Das Material weist eine relativ hohe Steifigkeit auf und eignet sich hervorragend für hohe dynamische Belastungen sowie für eine gute Schwingungsdämpfung. Der Temperaturbereich liegt zwischen -40 °C und +100 °C. Darüber hinaus altert Polyamid nicht schnell, und die meisten Varianten sind beständig gegen hohe Temperaturen.
Da PA in vielen Varianten mit spezifischen Zusätzen erhältlich ist, handelt es sich um ein vielseitig einsetzbares Material für eine Vielzahl von Anwendungen. In der Halbleiterindustrie wird PA regelmäßig in mechanischen Bauteilen eingesetzt, die dynamische Belastungen mit der Anforderung eines geringen Partikelverlusts verbinden. Die am häufigsten verwendeten Varianten sind: PA6G, PA6 MoS₂, PA12, glasfaserverstärktes PA (PA6 GF30), kohlenstofffaserverstärktes PA (PA6 CF20) und ölgefülltes PA.
2. HMPE (Werkstoff-S)
Hochmolekulares Polyethylen, auch HMPE genannt, wird häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Dieser verschleißfeste Werkstoff mit einem relativ niedrigen Reibungskoeffizienten kann mit einer Lebensmittelsicherheitsbescheinigung geliefert werden und ist daher sicher in Prozessen einsetzbar, in denen er in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommt.
Zudem nimmt HMPE im Vergleich zu beispielsweise PA/Nylon keine Feuchtigkeit auf. Bei der Anwendung muss jedoch berücksichtigt werden, dass durch die Reibung keine zu hohen Temperaturen (<80 °C) entstehen dürfen.
Es gibt verschiedene Varianten von HMPE, darunter HMPE-500 und 1000. Letzteres ist unter dem Markennamen „Werkstof-S“ sehr bekannt und noch verschleißfester als HMPE 500. Es kann daher selbst unter den anspruchsvollsten Bedingungen und bei extrem niedrigen Temperaturen bis zu -200 °C eingesetzt werden. Zudem haftet an HMPE-1000 kaum Material an. Neben der Lebensmittelindustrie wird HMPE in Führungskomponenten eingesetzt, bei denen geringe Reibung und minimale Partikelbildung von Bedeutung sind, beispielsweise in Reinraumumgebungen.
3. POM
Genau wie Nylon, auch Polyamid genannt, ist POM ein häufig verwendeter, verschleißfester Kunststoff. Das Material ist auch unter den Bezeichnungen Delrin und Polyacetal bekannt. POM ist weitaus weniger verschleißfest als Nylon und Arnite und wird daher vor allem zur Herstellung hochpräziser Bauteile verwendet, die einer geringeren Belastung ausgesetzt sind.
POM ist leicht, formstabil, verfärbt sich nicht und eignet sich gut für die Herstellung präziser Bauteile. Die Verschleißfestigkeit ist jedoch begrenzt, weshalb das Material eher als gewöhnlicher Konstruktionskunststoff anzusehen ist. Für Bauteile in analytischen Geräten, bei denen Formstabilität wichtiger ist als Verschleißfestigkeit, ist POM eine häufig gewählte Option. Die am häufigsten verwendeten POM-Varianten sind:
- POM-C
- POM mit 10 % PTFE
- POM MoS₂
- POM ELS (elektrisch leitfähig)
4. PETP (Arnite)
Polyethylenterephthalat, auch als PETP-Kunststoff oder Arnite bezeichnet, ist zwar weniger bekannt, aber keineswegs von geringerer Qualität oder weniger einsetzbar. PETP ist verschleißfest, kriechfest, hart und weist eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auf. Dadurch eignet es sich hervorragend für Anwendungen, bei denen komplexe Bauteile in Verbindung mit strengsten Anforderungen an Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität erforderlich sind.
Bei der Verwendung von PETP ist zu beachten, dass das Material aufgrund seiner extremen Härte spröder ist und Stoßbelastungen daher vermieden werden sollten. Es ist langfristig beständig gegen Temperaturen bis zu 110 °C und für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie geeignet. Die Kombination aus Maßgenauigkeit und geringer Feuchtigkeitsaufnahme macht PETP geeignet für Präzisionsbauteile in messtechnischen und analytischen Anwendungen.
5. PEEK
Polyetheretherketon (PEEK) ist ein hochwertiger Thermoplast, der sich hervorragend für anspruchsvolle Anwendungen eignet und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist. Es ist beständig gegen hohe Temperaturen, Chemikalien und Strahlung. PEEK kann dauerhaft bei Betriebstemperaturen von bis zu 250 °C eingesetzt werden. Darüber hinaus kann es in heißem Wasser oder Dampf eingesetzt werden, ohne dass seine physikalischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.
PEEK lässt sich gut bearbeiten und zeichnet sich durch außergewöhnliche Festigkeit, Formbeständigkeit und Steifigkeit aus. Aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit wird PEEK in vielen anspruchsvollen Umgebungen in der Medizin-, Nuklear-, chemischen Verarbeitungs- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Zudem sind verschiedene PEEK-Sorten auf dem Markt erhältlich, die eine für eine bestimmte Anwendung modifizierte Zusammensetzung aufweisen. Die am häufigsten verwendeten Varianten sind: PEEK BG (spezielle Lagerqualität), PEEK TF 10 (sehr gute Gleit- und Verschleißfestigkeitseigenschaften), glasfaserverstärktes PEEK (PEEK GF 30) und kohlefaserverstärktes PEEK (PEEK CF 30).
Vergleich der Eigenschaften und Anwendungsbereiche verschleißfester Kunststoffe
| Werkstoff | Max. Betriebstemperatur | Verschleißfestigkeit | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Polyamide (PA) | -40 °C bis +100 °C | Hoch, gute Dämpfungseigenschaften | Verschleißplatten, Zahnräder, Gleitlager |
| HMPE | bis -200 °C, Reibung begrenzt auf < 80 °C | Sehr hoch, niedriger Reibungskoeffizient | Lebensmittelindustrie, Führungsschienen |
| POM | Standard-Konstruktionsanwendungen | Im Vergleich zu PA eingeschränkt | Präzisionsteile mit geringerer Belastung |
| PETP | Bis zu 110 °C | Hoch, kriechfest | Komplexe Teile mit strengen Maßvorgaben |
| Peek | Bis zu 250 °C | Sehr hoch, auch bei hohen Temperaturen | Medizinische, nukleare, chemische sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen |
Verschleißfesten Kunststoff bearbeiten lassen
Nachdem das geeignete Material festgelegt wurde, ist der nächste Schritt die Umsetzung in ein präzises Bauteil. BKB Precision bearbeitet verschleißfeste Kunststoffe wie PA, HMPE, POM, PETP und PEEK mit einer Genauigkeit von bis zu 3 μm – vom Prototyp bis zur mittelgroßen Serie. Da Materialauswahl und Bearbeitung unter einem Dach erfolgen, bleibt die Toleranz gewahrt, die für Anwendungen unter anderem in der Halbleiter-, Medizin- und Analytikindustrie erforderlich ist.
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Häufig gestellte Fragen zu verschleißfesten Kunststoffen
PEEK und HMPE gehören zu den verschleißfestesten Kunststoffen. PEEK behält seine Verschleißfestigkeit auch bei hohen Betriebstemperaturen bis zu 250 °C bei, während HMPE sich durch einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und eine Einsetzbarkeit bis -200 °C auszeichnet. Welcher der beiden am besten geeignet ist, hängt von der Anwendung ab: PEEK für hohe Temperaturen und chemische Beanspruchung, HMPE für geringe Reibung und niedrige Temperaturen.
Polyamid ist verschleißfester als POM und widerstandsfähiger gegenüber dynamischen Belastungen und Vibrationen. POM ist weniger verschleißfest, verfügt jedoch über eine hervorragende Formbeständigkeit und eignet sich daher besser für Präzisionsteile, die geringeren Belastungen ausgesetzt sind.
HMPE und POM werden häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, sind mit einer Lebensmittelsicherheitsbescheinigung erhältlich und nehmen keine Feuchtigkeit auf.
Dies hängt stark vom jeweiligen Material ab: Polyamid ist zwischen -40 °C und +100 °C einsetzbar, HMPE bis -200 °C, PETP bis 110 °C und PEEK bis 250 °C.
Verschleißfeste Kunststoffe bieten gegenüber Entsprechungen aus Metall oder Bronze Vorteile wie eine hohe dynamische Belastbarkeit, gute Trockenlaufeigenschaften, ein geringeres Gewicht, chemische Beständigkeit und niedrigere Kosten.