LENZINGER BERICHTE Verstärkung von

LENZINGER
Verstärkung von Hlochleistungskunststoffen
mit P84-Polyimid
BERICHTE
Dezember
WEARFACTOR
Glassllbre
Manfred Schobesberger,
Lenzing AG, Lenzing, Austria
1990
<> TEMPERATURE
PPS
VS carbonfibre
Wearfactor
K
Eine der neuen Anwendungsmöglichkeiten für P84-Pulver stellt die Verstärkung von Hochleistungsiunststoffen,
insbesondere thermoplastischer, dar. Es ist gelungen, den Gebrauchswert einiger dieser Materialien bei erhöhten Temperatur.en durch Zugabe von geringen Mengen
P84 Polyimid zu verbessern. Die Bedeutung des angehobenen Glasumwandlungspunktes
(Tg) kommt, insbesondere bei tribelogischen
Anwendungen, zum Tragen.
One area in which P84 is finding new applications is the use of P84
powder as a reinforcing agent for high Performance plastics in the
thermoplastics area in particular The addition of small amounts of P84
polyimide has helped achievsa better Service values for several of these
materials at high temperatures. The high glass transition Point (Tg)
Comes in useful particularly in tribological applications.
Temperature
Viele thermoplastische Hsochleistungskunststoffe sind in ihren
Anwendungen stark eingezschränkt. Ursache dafür ist nicht alleine ihre geringe Formbes:ändigkeit in der Nähe des Glasumwandlungspunktes,
sondern auch der Verlust ihrer tribologisehen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen.
Viele der Eigenschaften k.önnen durch Zuschlagstoffe verbessert werden. So ist es üblicn, diese Kunststoffe mit Glas-, Kohlefasern oder Glimmer zu verstärken.
Füllgrade bis zu 60 % sind keine Seltenheit. Mit diesen Maßnahmen können höhere Wärineformbeständigkeiten
erreicht werden
So ist es gelungen, den Einsatzbereich dieser Kunststoffe auch
über ihre Glasumwandlungstemperatur
(Tg), die in den meisten
Fällen zwischen 150 und 230% liegt, auszudehnen.
Begrenzt wird die Verwendung dann hauptsächlich erst durch
den Abfall der mechanisc,ien Eigenschaften kurz vor dem Kristallitschmelzpunkt.
In tribelogischen Einsatzblsreichen, z.B. als Lager, Gleitelemente, Buchsen usw., werden die Grenzen der Anwendbarkeit jedoch sehr früh erreicht. Die Ursache dafür liegt in der wesentlich
höheren Belastung der Grenzfläche zum Reibpartner.
So neigen diese Lager bei noch moderaten Temperaturen, das
heißt deutlich unter dem .Tg, bereits zum Versagen.
Dieses Versagen resultiert aus einem drastischen Anstieg des
Reibungskoeffizienten mit der Temperatur (Abb. 1).
Man hat jedoch schon früh erkannt, daß durch die Zugabe eines
Kunststoffes mit höherem ‘Tg, z.B. Polyimid (P84-Polyimid Tg ==
31.YC), eine grundlegenc:le Verbesserung der Eigenschaften
erzielt werden kann,
Oberstes Ziel dieser Legierungen war es, den gemeinsamen
Glasumwandlungspunkt
tlei annähernd gleicher Verarbeitbarkeit anzuheben.
Eines der ersten erfolgreichen Beispiele ist die Verstärkung von
Polyphenylensulfid (z.B. Flyton der Fa. Phillips) mit P84-Polyimid, welches bereits 1977 von A I v a r e z 2 untersucht worden ist. Weitere Synergien wurden in der Herstellung von sogenannten Polyalloys zwischlsn Polyethersulfon (Beispiele: Victrex
36OOP 4800P von ICI) und Polyurethanen gefunden.
Alle diese Kunststoffe hab’sn gemeinsam, daß sie im Zuge der
Verarbeitung, zumindest zu einem geringen Teil, vernetzen oder
nachpolymerisieren.
36
WEARFACTOR
Effect
<>
$0
(C) = = = >
TEMPERATURE
PEEK
of lubrlcanls
Wearfactor
K
unmodified
PE :K
200
Temperalure
Abb. 1: Reitwerhalten verschiedener
erhöhter Temperatur1
(C) = = = >
Hochleistungsthermopkte
bei
Diese Effekte können in Verbindung mit P84 Polyimid dazu ausgenutzt werden, die einzelnen Polymerbausteine untereinander
zu verbinden. Dies führt im Idealfall dazu, daß in einer solchen
Polymerlegierung nur noch ein gemeinsamer Glasumwandlungspunkt, der deutlich über dem des Basismaterials liegt, gefunden wird. Dokumentiert werden diese Zusammenhänge in
LENZINGER
Dezember 1990
einer Studie des New York Polytech Institute in einer Arbeit des
Autors S.M. Makhija im Auftrag der Firma Pacrim International,
Bradford, CTs.
Wie aus Abbildung 2 ersichtlich, kann durch definierte Zugabe
von P84-Polyimid der Glasumwandlungspunkt von PES gezielt
nach oben verschoben twerden.
Der Vorteil dieser Mischungen und der zu erwartende Markterfolg liegt hauptsächlich d,arin, daß durch die Zugabe nur geringer Mengen eines hochwertigen Materials wie P84-Polyimid die
Herstellungskosten dieser Kunststoffe nicht wesentlich ansteigen. Auf Grund der deutlich verbesserten Eigenschaften ergeben sich zusätzliche neue Anwendungen
Diese sind hauptsächlich im tribelogischen Bereich, aber auch in der Herstellung
von Konstruktionsteilen zu finden.
Durch die immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen wird
eine Kombination der Eicienschaften Verschiedenster Kunststoffe zunehmend wichtiger, da die Kreation neuer Werkstoffe teuer
und langwierig ist.
BERICHTE
Heft 71
Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf einer wirtschaftlichen Verarbeitung bei bestmöglicher Kombination aller benötigten Eigenschaften
Literatur
1) Panhuizen, F.: Wear and Friction of High Temperature Plastics at Elevated Temperatures, LNP Plastics Nederlands B.V.
(1989)
2) Alvarez: Polyalloy of Polyphenylene Sulfide and Polyimide,
US Pat. 4,017.555 (Apr. 12, 1977)
3) Makhija, S.M.: Miscibility Studies in Blends of Polyethersulfone on P84-Polyimide, Pacrim International, Inc. Bradford, CT
USA (1990)
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Temperature
Abb. 2: Veränderung dss Gilasumwandhgspunktes
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I
300.0
I
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FES bei Zugabe von P84-Poiyimid; Perkidher
- 7 Series Thermal Analysis System
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