Welche Schlüsselfaktoren beeinflussen die Abriebfestigkeit ölfreier TPEs?

Die Abriebfestigkeit von ölfreie thermoplastische Elastomere (TPEs) werden von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter ihrer chemischen Zusammensetzung, ihren mechanischen Eigenschaften, den Verarbeitungsbedingungen und der Art der Umgebung, in der sie verwendet werden. Das Verständnis dieser Faktoren kann bei der Auswahl oder Entwicklung von TPEs mit optimaler Abriebfestigkeit für bestimmte Anwendungen hilfreich sein. Hier sind die Schlüsselfaktoren:

Chemische Zusammensetzung
Polymermatrix: Das Basispolymer beeinflusst die Abriebfestigkeit erheblich. Beispielsweise weisen TPEs auf Basis von Styrolblockcopolymeren (SBCs) oder thermoplastischen Polyurethanen (TPUs) häufig eine gute Abriebfestigkeit auf.
Molekulargewicht: Polymere mit höherem Molekulargewicht bieten aufgrund ihrer verbesserten mechanischen Festigkeit und Zähigkeit im Allgemeinen eine bessere Abriebfestigkeit.
Vernetzung: Der Vernetzungsgrad innerhalb der Polymermatrix kann die Abriebfestigkeit erhöhen, indem ein robusteres Netzwerk entsteht, das dem Verschleiß widersteht.

Füllstoff- und Zusatzstoffgehalt
Verstärkende Füllstoffe: Füllstoffe wie Ruß, Silica oder Nanofüllstoffe können die Abriebfestigkeit deutlich verbessern, indem sie die Härte und Zähigkeit des Materials erhöhen.
Schmierstoffe: Zusätze wie PTFE (Polytetrafluorethylen) können die Reibung verringern und dadurch den Verschleiß verringern und die Abriebfestigkeit erhöhen.
Weichmacher: Während ölfreie TPEs keine herkömmlichen Weichmacher auf Ölbasis verwenden, kann das Vorhandensein anderer nicht migrierender Weichmacher oder interner Weichmacher die Flexibilität und indirekt die Abriebfestigkeit beeinflussen.

Mechanische Eigenschaften
Härte: Im Allgemeinen weisen härtere TPEs tendenziell eine bessere Abriebfestigkeit auf. Allerdings kann eine zu hohe Härte zu Sprödigkeit führen, was sich negativ auf die Haltbarkeit auswirken kann.
Zugfestigkeit: Eine hohe Zugfestigkeit bietet Widerstand gegen Reißen und Verformung unter abrasiven Bedingungen und trägt so zur Aufrechterhaltung der Integrität des Materials bei.
Elastizitätsmodul: Ein höherer Elastizitätsmodul kann die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Verformung unter abrasiven Kräften verbessern.

Mikrostruktur und Morphologie
Phasentrennung: TPEs haben häufig eine durch Mikrophasen getrennte Struktur, bei der harte und weiche Segmente ein ausgewogenes Material bilden, das Verschleiß widersteht und gleichzeitig die Flexibilität beibehält.
Kristallinität: Teilkristalline TPEs, beispielsweise solche auf Basis bestimmter Polyurethane, weisen tendenziell eine bessere Abriebfestigkeit auf, da die kristallinen Bereiche für eine härtere Struktur sorgen.
Oberflächenrauheit: Glattere Oberflächen neigen im Vergleich zu raueren Oberflächen zu einer geringeren Reibung und damit zu geringeren Abriebraten.

Umwelt- und Betriebsbedingungen
Temperatur: Erhöhte Temperaturen können TPEs erweichen und ihre Abriebfestigkeit verringern. Umgekehrt können niedrige Temperaturen sie spröder und anfälliger für Verschleiß machen.
Chemische Belastung: Chemikalien können die Polymermatrix abbauen und ihre Abriebfestigkeit verringern. Ölfreie TPEs werden häufig aufgrund ihrer überlegenen chemischen Beständigkeit im Vergleich zu ölhaltigen TPEs ausgewählt.
Feuchtigkeit und Nässe: Die Wasseraufnahme kann die mechanischen Eigenschaften von TPEs verändern und so deren Abriebfestigkeit beeinflussen. Einige TPEs sind hydrophob, um diesem Effekt entgegenzuwirken.

Verarbeitungsbedingungen
Verarbeitungstemperatur: Die Verarbeitungstemperatur während der Herstellung beeinflusst die Mikrostruktur und Kristallinität des Materials, was wiederum Auswirkungen auf die Abriebfestigkeit hat.
Abkühlgeschwindigkeit: Eine schnelle Abkühlung kann zu einer feineren Mikrostruktur führen, die die Abriebfestigkeit erhöhen kann, indem sie das Material zäher und weniger verschleißanfällig macht.
Formdruck: Höhere Formdrücke können die Dichte verbessern und die Porosität von TPEs verringern, was zu einer besseren Abriebfestigkeit führt.

Verschleißmechanismen
Art der Abnutzung: Verschiedene Arten der Abnutzung (z. B. Gleiten, Rollen oder Stoß) wirken sich unterschiedlich auf TPEs aus. Ölfreie TPEs müssen anhand der spezifischen Art des Abriebs bewertet werden, dem sie ausgesetzt sind.
Abrasive Oberfläche: Die Rauheit und Härte der Oberfläche im Kontakt mit dem TPE spielen eine entscheidende Rolle. Härtere und abrasivere Oberflächen erhöhen den Verschleiß des TPE.

Design- und Anwendungsfaktoren
Teilegeometrie: Die Form und das Design der TPE-Komponente können die Verteilung der Kräfte über die Oberfläche beeinflussen und so die Verschleißraten beeinflussen.
Last- und Spannungsverteilung: Die Verteilung mechanischer Lasten auf das TPE-Teil kann sich auf den Verschleiß auswirken. Eine gleichmäßige Lastverteilung trägt dazu bei, lokalen Verschleiß zu reduzieren und die allgemeine Abriebfestigkeit zu verbessern.
Häufigkeit der Nutzung: Hochfrequenzanwendungen können zu beschleunigtem Verschleiß führen und erfordern TPEs mit erhöhter Haltbarkeit und Abriebfestigkeit.

Oberflächenbehandlungen und -modifikationen
Oberflächenbeschichtungen: Das Aufbringen von Schutzbeschichtungen kann die Abriebfestigkeit verbessern, indem es Reibung und Verschleiß verringert.
Texturierung: Oberflächentexturierung oder Behandlungen wie Plasmabehandlung können die Abriebfestigkeit verbessern, indem sie die Oberflächeneigenschaften modifizieren.

Durch die Optimierung dieser Faktoren können ölfreie TPEs entwickelt werden, um die anspruchsvollen Anforderungen von Anwendungen zu erfüllen, bei denen eine hohe Abriebfestigkeit von entscheidender Bedeutung ist.