Strahlenvernetzte Thermoplaste sind für Getriebeteile prädestiniert

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Für die gezielte Vernetzung von Kunststoffmolekülketten kommt heutzutage hauptsächlich Elektronenstrahlung zur Anwendung. Gelegentlich wird aufgrund der besseren Durchdringung auch auf Gammastrahlung gesetzt. Die Vernetzung durch Elektronenbestrahlung findet bevorzugt in den amorphen Anteilen teilkristalliner Thermoplaste statt.

Bei Mikrobauteilen und Zahnrädern liegt aufgrund der Bauteilgeometrie jedoch ein für die Ausbildung der Morphologie und Kristallinität ungünstiges Verhältnis von Bauteiloberfläche zu Bauteilvolumen vor. So haben gerade die tribologisch stark beanspruchten Randbereiche amorphe Strukturen. Diese Bereiche können besonders von der Strahlenvernetzung profitieren, die Abrieb und Verschleiß deutlich verringert.

Verbessertes Verschleißverhalten bei erhöhter Umgebungstemperatur

Die Elektronenbestrahlung findet in der Regel bei Raumtemperatur statt. Aufgrund der größeren Beweglichkeit der Makromoleküle werden bei teilkristallinen Kunststoffen vorwiegend amorphe Bereiche vernetzt. Dabei verringert sich die temperaturabhängige Beweglichkeit der Molekülketten und führt mit steigendem Vernetzungsgrad zu einer Erhöhung der Glasübergangstemperatur.

Das Leistungspotenzial strahlenvernetzter Kunststoffe (vor allem Polyamide) wird schon seit Jahren am Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) der Universität Erlangen analysiert. Im Fokus stehen dabei unter anderem Anwendungen in der Elektronik und Tribologie. So zeigt strahlenvernetztes Polyamid ein ausgezeichnetes Verschleißverhalten auch bei erhöhter Umgebungstemperatur. Daher eignet sich dieser strahlenvernetzte technische Kunststoff für Anwendungen, die bisher den kostenintensiven Hochtemperatur-Kunststoffen, zum Beispiel PEEK, PPS und Duroplasten, vorbehalten waren.

Versuche mit strahlenvernetzten Zahnrädern aus PA 66

In Zusammenarbeit mit BGS wurden am LKT zahlreiche Versuche an strahlenvernetzten Zahnrädern aus PA 66 vorgenommen. Bei diesem Polyamid handelte es sich vorwiegend um das Produkt Ultramid A3 von BASF. Zusätzlich wurde für einen tribologischen Vergleich das wärmestabilisierte PA 66 Creamid A3H2 der PTS Plastic Technologie Service Marketing- & Vertriebs-GmbH, Adelshofen, verwendet.

Als Versuchsteile wurden Platten mit den Abmessungen 110 mm × 110 mm × 4 mm hergestellt. Zur Herstellung von stark quasiamorphen Randschichten hat man zudem die Werkzeugtemperaturen variiert.

Festigkeit, Wärmeform- und Verschleißbeständigkeit in amorphen Bereichen erhöht

Vor allem in den amorphen Bereichen führt die Bestrahlung zu einer partiellen Vernetzung der Moleküle, wodurch die Wärmeformbeständigkeit, die Festigkeit und die Verschleißbeständigkeit erhöht werden. Gleichzeitig wurde eine Reduktion der Kriechneigung beobachtet, weil das Abgleiten der Moleküle durch Vernetzungsstellen erschwert wird.

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