Upcycling von PTFE und der Einsatz als Additiv fürHochleistungskunststoffe und -schmierstoffe
Th. Engelhardt, Dr. Dieter Lehmann, Dr. Th. Hoffmann, Dr. A. Täger, H. MarksLeibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Hohe Str. 6, 01069 Dresden, www.ipfdd.de
� Strahlenmodifizierung von PTFE: Grundlagen, Arbeitsschritte
� Modifiziertes PTFE in Hochleistungskunststoffe
� Modifiziertes PTFE in Hochleistungsschmierstoffe
� Zusammenfassung
Projekt ‚Forschung für den Markt im Team‘ (ForMaT)BMBF-Innovationsinitiative Neue Länder ‚Unternehmen Region‘
21. Seminar „Kunststoffrecycling in Sachsen“Folie 1
Strahlenmodifizierung von PTFE
Entwicklung von modifiziertem PTFE als Additiv zur chemischen Kompatibilisierung mit Kunst- und Schmierstoffen zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften
PTFE-Sekundärmaterial- Stoffkreisläufe schließen- Ressourcen-, Energieeffizienz- Nachhaltigkeit - neue innovative Produkte
PTFE-Neuware
C-C Spaltung
C-F SpaltungCF2 CF CF2
O
O
+ O2CF2 CF2 CF2
CF2 CF2 CF2 O O
+ HF
CF2 COOH+ H2O
+ CF2
CF2 COF
Polytetrafluorethylen Radikale Funktionelle Gruppen
Reaktionsschema zur Bestrahlung von PTFE
Zu beobachtende Effekte sind
→ Kettenabbau
→ Bildung von funktionellen Gruppen
→ Bildung von Radikalen
2000 1950 1900 1850 1800 1750 1700 16500,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
-COF -COOHfree
-COOHH-bonded
Ab
so
rba
nc
e
Wavenumber [cm-1
]
Folie 2
Prozessführung: PTFE - Gammabestrahlung
Folie 3
PTFE-Abfälle: Späne weiß,
sortenrein
1.
Präparation der
Bestrahlungsbehälter
3.
PTFEReaktanden
HF-Absorber
Zerkleinerung zu
rieselfähigem Granulat
2.
Funktionalisiertes (modifiziertes)
PTFE-Produkt aus
PTFE-Neuware und vorzugsweise
aus PTFE-Sekundärware
Bestrahlung
(Co60 Gamma)
4.
Feinvermahlung
5.
=
PTFE-Mikropulver
Prozessführung: PTFEcg - Verarbeitung
Folie 4
Foto: Jürgen Jeibmann
Reaktive Dispersion
6a
Öl+PTFE-Dispersion
7a
Reaktive Extrusion
Foto: Jürgen Jeibmann
6b
Fertiges Granulat
7b
Prozessparameter zur Steuerung der PTFE-Eigenschaften
Einflussparameter: - Dosis- Atmosphäre- Zuschläge (Öl, Wasser, Gase etc.)- Absorbermaterial- Schüttdichte- Strahlungsart (Gamma / Elektronen / Röntgen)- PTFE-Typ: E-PTFE / S-PTFE / Sekundärmaterial (gesintert) / L
Molmasse / Korngröße
Radikale / fkt. Gruppen
Dosis / kGy
200 400 600 800
Radik
ale
/ fkt
. G
ruppen
Dosis / kGy
200 400 600 800
Sauerstoff
Luft
(Flüssigkeit 1)
• Radikale und funktionelle Gruppen steigen mit der Dosis an, die Molmasse nimmt ab
• Durch Beaufschlagung mit Gasen bzw. Benetzung mit Flüssigkeiten lässt sich bei gegebener Dosis der Funktionalisierungsgrad beeinflussen
• Auch das verwendete Absorbermaterial hat Einfluss auf die FunktionalisierungF
kt. G
ruppen
1 2 3 4
Absorbermaterial
Dosis = konstantDosis Modifikatoren Absorber
• Nach Bestrahlung sind die chemischen und thermischen Eigenschaften von Sekundärmaterialien vergleichbar mit ungesintertem PTFE (Funktionalisierung, Kristallinität, Schmelzverhalten, Molekulargewichte)
• Sekundärmaterialien zerfallen nach Bestrahlung nicht spontan zu Mikropulver
• Feinstvermahlung von Sekundärmaterialien mit vertretbarem Aufwand nur bis Korngrößen von ca. Ø 30 µm
Schmelz-temperatur
[°C] (1. Heizen)
Kristallisationsgrad [%]
(aus Schmelz-enthalpie, 1. Heizen)
Molmasse [g/mol] (aus
Kristallisations-enthalpie)
PTFE-Späne (S-PTFE) 329 75 4.6 E+05
TF2025 (E-PTFE) 327 84 2.5 E+05
TF1750 (S-PTFE) 326 75 2.8 E+05
Vergleich der PTFE-Produkte
Folie 6
Hochleistungskunststoffe mit verbesserten tribologischen Eigenschaften
� chemische Kopplung der modifizierten PTFE-Produkte an die HPP-Matrix� sehr gute (homogene)Verteilung des PTFE in der HPP-Matrix� HPP-PTFEcg-Werkstoffe lassen sich wie Matrixmaterialien verarbeiten
Geringe Verschleißfestigkeit und Auftreten von Stick-Slip-Effekten bei Trockenreibung
→ Geometrieänderungen von Bauteilen→ Bildung von Verschleißpartikeln in Lagern→ Wärmebildung, Schwingungen, Geräusche→ Verschlechterung der Systemeigenschaften
Hochleistungsthermoplaste PEEK (Polyetheretherketon),
PPS (Polyphenylensulfid)
• sehr gute mechanische Eigenschaften• hohe Dauergebrauchstemperatur
250 °C240°C
PEEKPPS
negative ökologische undökonomische Bilanz
Modifiziertes PTFE in Hochleistungskunststoffen
Folie 7
Mechanische Eigenschaften: E-Modul
• E-Modul nimmt mit PTFE als Additiv moderat ab
• Keine signifikanten Unterschiede zwischen modifizierten PTFE-Sekundärmaterial und PTFE-Neuware
PEEK 3300
1 x extr
udiert
PEEK 3300 +
20 % ko
mm. PTFE
PEEK 3300 +
20 % TF 2025
PEEK 3300 +
20 % S
ekundärm.
PEEK 3300 + 20 %
Sekundärm. m
it Ruß
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
E-M
od
ul i
n M
Pa
Folie 8
PPS
1 x ex
trudiert PPS +
20 % ko
mm. PTFE
PPS + 20 %
TF 2025
PPS + 20 %
Sekundärm
.
PPS + 20 %
Sekundärm.
mit MoS2 < 0,2 %
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
E-M
od
ul i
n M
Pa
PEEK PPS
* aus Zugversuch nach DIN EN ISO 527
*
Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit
• Zugfestigkeit reduziert sich mit PTFE als Additiv moderat
• Keine signifikanten Unterschiede zwischen modifizierten PTFE-Sekundärmaterial und PTFE-Neuware
PPS
1 x extru
diert
PPS + 20 % kom
m. PTFE
PPS + 20 % TF 2025
PPS + 20 % Sekundärm
.
PPS + 20 % Sekundärm
.
mit MoS2 < 0,2 %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Zu
gfe
stig
keit
in M
Pa
Folie 9
PEEK 3300
1 x extru
diert
PEEK 3300 +
20 % ko
mm. PTFE
PEEK 3300 +
20 % TF 2025
PEEK 3300 +
20 % S
ekundärm.
PEEK 3300 + 20 %
Sekundärm. m
it Ruß
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Zu
gfe
stig
keit
in M
Pa
PEEK PPS
* aus Zugversuch nach DIN EN ISO 527
*
Mechanische Eigenschaften: Kerbschlagzähigkeit
• PEEK: bis zu 2,5-fach höhere Kerbschlagzähigkeit
• PPS: moderate Zunahme der Kerbschlagzähigkeit
• Keine signifikanten Unterschiede zwischen modifizierten PTFE-Sekundärmaterial und PTFE-Neuware
PPS
1 x extr
udiert
PPS + 20 % kom
m. PTFE
PPS + 20 % TF 2025
PPS + 20 % Sekundärm
.
PPS + 20 % Sekundärm
.
mit MoS2 < 0,2 %
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Ke
rbsc
hla
gzä
hig
keit
[kJ/
m²]
PEEK 3300
1 x extru
diert
PEEK 3300 +
20 % ko
mm. PTFE
PEEK 3300 +
20 % TF 2025
PEEK 3300 +
20 % S
ekundärm.
PEEK 3300 + 20 %
Sekundärm. m
it Ruß
0
5
10
15
20
25
30
35
Ke
rbsc
hla
gzä
hig
keit
[kJ/
m²]
Folie 10
PEEK PPS
*
* ermittelt durchSchlagbiegeversuch nach Charpy - DIN EN ISO 179
0
0,2
0,4
0,6
0 2000 4000 6000 8000 10000
Gleitweg s [m]
Reibungszahl f [ ]
Reibungszahl
Polynomisch (Reibungszahl)
PEEK unmodifiziert
Tribologische Untersuchungen an PEEK-PTFEcg-Comp.
0
0,2
0,4
0,6
0 2000 4000 6000 8000 10000
Gleitweg s [m]
Rei
bu
ng
szah
l f
[
]
Reibungszahl
Polynomisch (Reibungszahl)
PEEK + 20 Ma.-% TF 2025
Folie 11
Normalkraft FN
= 100 und 200 NGeschwindigkeit v = 0,11 m/sReibweg s = 9.504 mBedingungen technisch trockenRing Stahl 100Cr6,
Rz = 3,2 µm
Klötzchen/Ring-Prüfstandin Anlehnung an DIN ISO 7148 -2 Prinzip:
0
0,2
0,4
0,6
0 2000 4000 6000 8000 10000
Gleitweg s [m]
Reibungszahl f [ ]
Reibungszahl
Polynomisch (Reibungszahl)
PEEK + 20 Ma.-% Sekundärm.
• signifikante Verbesserung der tribologischen Kennwerte durch PTFE-Modifizierung
• Keine signifikanten Unterschiede zwischen modifizierten PTFE-Sekundärmaterial und PTFE-Neuware
• Halbierung der Gleitreibung
• Verschleißfestigkeit der Compounds nimmt um ein Vielfaches zu
• PTFE-Neuware mit PTFE-Sekundärmaterial vergleichbar
PEEK 3300
1 x extru
diert
PEEK 3300 +
20 % ko
mm. PTFE
PEEK 3300 +
20 % TF 2025
PEEK 3300 +
20 % S
ekundärm.
PEEK 3300 + 20 %
Sekundärm. m
it Ruß
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Gle
itre
ibu
ng
sza
hl f
PEEK 3300
1 x extr
udiert
PEEK 3300 +
20 % kom
m. PTFE
PEEK 3300 +
20 % TF 2025
PEEK 3300 +
20 % S
ekundärm.
PEEK 3300 + 20 %
Sekundärm. m
it Ruß
0,0
5,0x10- 7
1,0x10- 6
1,5x10- 6
2,0x10- 6
7,0x10- 6
1,4x10- 5
Ve
rsch
leiß
koe
ffiz
ien
t k
[m
m³/
Nm
]
Folie 12
Reibung und Verschleiß von PEEK-PTFEcg-Comp.*
* Klötzchen/Ring-Prüfstand in Anlehnung an DIN ISO 7148 -2
Folie 13
PPS
1 x extr
udiert
PPS + 20 % kom
m. PTFE
PPS + 20 % TF 2025
PPS + 20 % Sekundärm
.
PPS + 20 % Sekundärm
.
mit MoS2 < 0,2 %
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
Gle
itre
ibu
ng
sza
hl f
PPS
1 x ex
trudiert
PPS + 20 % ko
mm. PTFE
PPS + 20 % TF 2025
PPS + 20 % Sekundärm
.
PPS + 20 % Sekundärm
.
mit MoS2 < 0,2
%
0,0
5,0x10-7
1,0x10-6
1,5x10-6
2,0x10-6
7,0x10-6
1,4x10-5
Ve
rsch
leiß
koe
ffiz
ien
t k
[mm
³/N
m]
Reibung und Verschleiß von PPS-PTFEcg-Comp.
• Halbierung der Gleitreibung
• Verschleißfestigkeit der Compounds nimmt um ein Vielfaches zu
• PTFE-Neuware mit PTFE-Sekundärmaterial vergleichbar
* Klötzchen/Ring-Prüfstand in Anlehnung an DIN ISO 7148 -2
*
Eingesetzte Öl-Typen
D. Lehmann, DE102007055927A1 (2009)
Keine Reaktion im Fall von radikalfreiem PTFE Mikropulver → indirekter Nachweis der Radikalaktivität.
Nach erfolgter Reaktion zwischen Öl und PTFE sind gekoppelte Ölketten durch Reinigung nicht mehr entfernbar.
Trimethylolpropantrioleat (Synative ES TMP 05)
O O
CH3O
O
O
O
7
H3CCH2H2C
7
7
CH2H2CH3C
7 7
CH2H2C7 CH3
MG (g/mol) : 925
VI : 180Pour Point (°C) : - 48
Radikalische Kopplung von modifiziertem PTFE mit olefinisch ungesättigten Ölgruppen
F2CCF
F2C Scherung
ZeitTemperatur,
Ultra Turrax
Poly-αααα-Olefin (PAO 6)
MG (g/mol) : 577
VI : 147Pour Point (°C) : - 70
7
H3C CH
CH2
CH2
CH3
CH CH3
CH2
CH3
5
7
Folie 14
Eigenschaften von bestrahlten PTFE im Öl
PTFE-Modifikate
PTFE-Neuware PTFE-Nw.-cg. PAO
Sek.-PTFE Sek.-PTFE-cg. PAO
5 µm
5 µm
5 µm
PTFE-cg. PAO (17.5 Gew.%, extrahiert)
REM: Ultra Plus von Zeiss NTS, EHT: 4 KV, Blendenöffnung: 30 µm, Detektor: SE 2mit Platin besputtert (3 nm)
Vergleich der Partikelgröße von PTFE-Neuware und PTFE-Sekundärmaterial
10 µm
Folie 15
Agglomerate werden zerschert, Aufquellen in PAO
große Partikel werden geschert/ zerkleinert,
faserartiger Charakter
Tribomesszelle am Rheometer MCR 301
Übergang von statischer zu dynamischer Reibung (Einfluss PTFE-Typ in TMP 05 bzw. PAO 6)
Last: FN = 5 N, Kugel/Platte, 100 Cr6, Rotation: M-Rampe: 0.001 Nm bis 0.15 Nm bei ϑ = 20 °C
Folie 16
• Reduzierung der Reibwerte durch modifiziertem PTFE, insbesondere mit PTFE-Sekundärmaterial
• Übergang von stat. zu dynam. Reibung ist durch Bestrahlungsregime einstellbar
0,0
1,0x10-6
2,0x10-6
3,0x10-6
4,0x10-6
5,0x10-6
Reib
ungs
koef
fizi
ent, µµ = 0.14
µ = 0.07
µ = 0.13µ = 0.11
µ = 0.09
µ = 0.14
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
Gle
itges
chw
indig
keit (
m s
-1)
+PTFE
-Nw.
PAO 6
+Sek.
-PTF
E
TMP
05
+PTFE
-Nw.
+Sek.-
PTFE
Charakterisierung von Öl-PTFEcg-Dispersionen in Bezug auf Verschleißfestigkeit (DIN 51347-2)
Verschleißfestigkeit nach Brugger
Quelle: FH Mannheim, 2011
Prinzip:
Kontaktgeometrie: Punktkontakt
Hoffmann T, Lehmann D, Schäffler M: Additives for lubricants containing poly(tetrafluoroethylene), Part 2, J. of Eng. Trib. 226 (3) (2012), 222-229
• Brugger-Werte steigen mit zunehmender PTFE-Konzentration an
• Zunahme der Brugger-Werte unabhängig vom PTFE-Typ
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500 Synative ES TMP 05 physik. Mischung: TMP 05 + PTFE TMP05 + kommerzielles PTFE TMP05 + PTFE-Sekundärmaterial
17.5
308
201033
402
251
135
46
Bru
gger
(M
Pa)
Öl+PTFE-Dispersionen
(Gew.% PTFE)
25
0
Brugger-Wert ~ 60 MPa charakterisiert konvent. Hochleistungsöle
Folie 17
VKA Untersuchungen an Öl-PTFEcg-Schmierstoff
Charakterisierung von PTFEcg Öl-Dispersionen im Schmierstoff (DIN 51350-2/-5)
Prinzip:
Kontaktgeometrie: Punktkontakt
Quelle: FH Mannheim, 2011
Verschleißtest: 1000 N, 60 s, Last: in 200 N-Schritten erhöht, 60 s, ϑ = 25 °CBasis = Schmierstoff auf synthetischer Grundlage + 3 Gew.% Öl bzw. PTFE
0
1
2
3
4
5
1.6
Vers
chw
eiß
kraf
t in
kN
(DIN
5135
0-2
)
1.2
Basis
Basis
+TMP0
5
Basis
+TMP0
5-
kom
m. P
TFE
Basis
+TMP0
5-
Seku
ndär
m.-P
TFE
0
1
2
3
4
5
0.7
2.2
3.0
0.7
2.42.9
Vers
chle
iß in
mm
(DIN
513
50-5
, E)
• reduzierter Verschleiß und erhöhte Verschweißkraft unabhängig vom PTFE-Typ
• PTFE-Sekundärmaterial und PTFE-Neuware zeigen ähnliches Verhalten:Performance der Öl-PTFEcg-Dispersion bleibt im Schmierstoff erhalten
Hoffmann T, Engelhardt T, Lehmann D: Hochleistungsschmierstoffe auf der Basis von PTFE-Öl-Dispersionen – Herstellung und Eigenschaften, T+S, 59 (2012) 18-23
Zusammenfassung
• Gammabestrahlung ist geeignet zur gezielten PTFE-Modifizierung - auch im großtechnischen Maßstab -, dabei zeigen modifizierte PTFE-Neuware und PTFE-Sekundärmaterial vergleichbare Eigenschaften
• Die definierte strahlenchemische Modifizierung von PTFE ist ein innovativer Weg, um die Eigenschaften von chemisch gekoppelten Kunststoff-PTFEcg-Werkstoffe für tribomechanische Anwendungen zuzuschneiden
• Tribologische Eigenschaften von Sek.-PTFE Öl-Dispersionen sind vergleichbar mit denen von PTFE-Neuware Öl-Dispersionen
• Modifizierte PTFE-Sekundärmaterialien können als Festschmierstoffe erfolgreich eingesetzt werden, sie halten Schritt mit kommerziellen PTFE-Mikropulvern und sind modifizierter PTFE-Neuware teilweise sogar überlegen
• I
Folie 19
� „anwendungsorientierte modifizierte“ PTFEcg-Produkte für die Praxis
Ein Ausgründungsprojekt des Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Folie 20
Dieses Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie sowie mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds der Europäischen
Union (ESF) gefördert.
Leibniz- Institut für Polymerforschung Dresden e.V.Hohe Straße 601069 Dresden
Die Bestrahlung: Gamma- vs. Elektronenstrahlung
Gammastrahlung Auswirkung Elektronenstrahlung Auswirkung
Dosisleistung geringhoher Kettenabbau, mäßige
Funktionalisierung hochMäßiger Kettenabbau, hohe
Funktionalisierung
Bestrahlungszeit hoch gering
Eindringtiefe hochProbentiefe ~ 50 cm (ÜDF
1.5) gering Probentiefe ~ 8 cm (ÜDF 1.5)
Materialerwärmung gering keine Nebenreaktionen hochRadikalrekombination,
Verzweigung
Sauerstoffdiffusion hoch Funktionalsierung im Bulk gering Oberflächenfunktionalisierung
Komplexität Prozessführung geringGeschlossene Behälter,
industrieller Prozess hochSpezielle Anlagen für PTFE
erforderlich
ÜDF • Sowohl Gamma- als auch Elektronenbestrahlung haben spezifische Vorzüge und Nachteile
• Die Gammabestrahlung von PTFE ist trotz der einfacheren Prozessführung weniger erforscht
• Das ForMaT-Projekt hat sich auf die Gammabestrahlung von PTFE konzentriert
Der Überdosisfaktor (ÜDF = Dmax/Dmin) bestimmt die Homogenität der Dosisverteilung im Material (Abhängig von Dichte und Schüttdichte des Materials)
Folie 21
Nachweis der chemischen Kopplung
- IR-Spektren (Ausschnitte) aus Modellversuchen zur chemischen Kopplung von PTFE-Mikropulvern an PEEK in Lösung
PTFE-Mikropulver Exp. 11 verfügt mit [C=O] = 16 [Endgruppen]/[CF2] über nur wenige funktionelle Gruppen. Schwingungsbanden von PEEK sind quasi nicht nachweisbar.
Der Funktionalisierungsgrad des PTFE-Mikropulvers Exp. 26 ist mit [C=O] = 923 deutlich höher. Eine chemische Kopplung von PEEK ist erkennbar.
Nasschemische Trennung von HPP-PTFE-CompoundsHPP werden in geeigneten Extraktionsmitteln gelöst. PTFE bleibt als unlöslicher Rückstand.
→ IR-Untersuchung
Verbesserung mechanischer und tribologischer Eigenschaften
durch Kompatibilisierung Folie 22
Charakterisierung von PTFE-cg. Öl-Dispersionen in Bezug auf OF-druck (DIN 51350-2/-5)
VKA Untersuchung I
Prinzip:
Kontaktgeometrie: Punktkontakt
reduzierter Verschleiß und
erhöhte Verweißkraft
unabhängig vom PTFE-Typ
Verschleißtest: 1000 N, 60 s, Last: in 200 N-Schritten erhöht, 60 s, ϑ = 25 °C
Hoffmann T, Lehmann D, Schäffler M: Additives for lubricants containing poly(tetrafluoroethylene), Part 2: Tribological characterization, J. of Eng. Trib. (2011), accepted
Quelle: FH Mannheim, 2011
PTFE-Nw. erreicht höhere VK-Zunahme
als Sek.-PTFE in TMP und in PAO
0
1
2
3
4
5
3.7
1.6
2.8
4.5
3.2
2.4
4.2
Ve
rsch
we
ißk
raft
/k
N(D
IN 5
1350
-2)
1.2
0
1
2
3
4
5
1.0
1.8
0.60.70.7
3.0
Ve
rsch
leiß
/m
m(D
IN 5
1350
-5, E)
10 G
ew.-%
PTFE
-Nw.-c
g. P
AO 6
17.5
Gew
.-%
17.5
Gew
.-%PAO 6
Sek.
-PTF
E-cg
.PAO
6
Sek.-
PTFE
-cg.
AP 2
40L
AP 2
40L
Sek.
-PTF
E-cg
.TMP0
5
PTFE
-Nw.-c
g.TM
P05
TMP0
5
Folie 23
Strahlenchemische Modifizierung von PTFE
CF2 CF2 CF2
+ O2
CF2
CF2
CF2
O
O
CF2 CF CF2
O
O
scissionC C C F scission
Funktionalisierung von PTFE durch
Strahlenmodifizierung
Chemische Kompatibilisierung durch reaktive Extrusion oder Dispergierung
PTFE-OO••••
(Radikale)
Schmierstoffe
Mineralöle, PAO,Esteröle etc.
CF2 CF CF2
O
O
CF2 COF + CF2
+ H2O
CF2 COOH + HF
PTFE-COF/-COOH(funktionelle Gruppen)
Gleitlacke
Lackdispersion auf Basis von PAI-PTFE-cg
Hochleistungskunststoffe
PEEK-PTFE-cg PAI-PTFE-cg PPS-PTFE-cg PSU-PTFE-cg
Folie 24
e- / γγγγ
Spaltung Spaltung
Herstellung von PTFE-cg. Öl-Dispersionen
Labor
Volumen: 0.25 L
Temp.-steuerung
PTFE/Öl Dispersion Öl-Bad
Foto: Jürgen Jeibmann
UT (T25)
ZR (CN20-F2)
UT (T50)
UT (UTL 2000)
halbtechnischer Maßstab
Volumen: 5 L
technischer Maßstab
Volumen: 200 L
20x
40x
Folie 25
Aufbau von PTFE
• Basierend auf einer Kohlenstoffkette (schwarz)
• Nahezu vollständig mit Fluoratomen umhüllt (grün)
Eigenschaften
+ Breiter thermischer Anwendungsbereich
(-260°C to 300°C)
+ Nahezu universelle chemische
Beständigkeit
+ Sehr niedriger Reibungskoeffizient+ Exzellente Antihafteigenschaften
- Nicht thermoplastisch verarbeitbar
Fig.: Chain structure PTFEQuelle: http://www.3dchem.com/
Polytetrafluorethylen – PTFE
Folie 26
Nachteile von unmodifiziertem PTFE:
• Als Additiv nur in Form einer physikalischen Mischung einsetzbar(keine chemische Kopplung oder Kompatibilisierung möglich):
− Ungenügende PTFE–Zerteilung und -verteilung
− Unzureichende Suspensionsstabilität (Schmierstoffe)
− Einlagerungen bilden Fehlstellen bzw. generieren „Bruchstellen“ unter
Belastung (Kunststoffe)
− keine/nur geringe Haftung im Matrixmaterial und auf der
Gegenkörperoberfläche
Vorteile von modifiziertem PTFE:
• Kopplung/Kompatibilisierung mit Ölen− stabile und homogene Dispergierung
• Kopplung mit Matrixpolymer − konstantes Eigenschaftsprofil
− Erhöhung der Verschleißfestigkeit
− stabile (Verarbeitungs-) Morphologie
− PTFE wirkt als Schlagzähmodifikator
PTFE-Modifizierung durch
strahlenchemischen Abbau
PTFE - Einfluss auf die Verarbeitungs- undGebrauchseigenschaften
Folie 27