DE102015012239B4 - Tribologically optimized composite material based on plastic and its use as a plain bearing material - Google Patents

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Abstract

Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis, umfassend einen matrixbildenden Kunststoff, mindestens einen Festschmierstoff, Kohlenstoffschnittfasern und Mg(OH),wobei der Gehalt an Mg(OH)von 14 bis 26 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt;der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff von 40 bis 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt;der Gesamtgehalt an Festschmierstoffen von 10 bis 40 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt; undder Gehalt an Kohlenstoffschnittfasern von 10 bis 20 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.Tribologically optimized composite material based on plastic, comprising a matrix-forming plastic, at least one solid lubricant, carbon cut fibers and Mg (OH), the content of Mg (OH) being from 14 to 26% by weight, based on the total weight of the composite material; the content of the matrix-forming plastic is from 40 to 80% by weight, based on the total weight of the composite, the total content of solid lubricants is from 10 to 40% by weight, based on the total weight of the composite; and the carbon cut fiber content is from 10 to 20 percent by weight based on the total weight of the composite.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis, umfassend einen matrixbildenden Kunststoff, mindestens einen Festschmierstoff, Kohlenstoffschnittfasern und Mg(OH)2, sowie die Verwendung dieses Verbundwerkstoffs als Gleitlagerwerkstoff.The present invention relates to a tribologically optimized composite material based on plastic, comprising a matrix-forming plastic, at least one solid lubricant, carbon cut fibers and Mg (OH) 2 , and the use of this composite material as a plain bearing material.

DE 69221833 T2 beschreibt ein Gleitelement, das geeignet ist zur Verwendung zum Einbau in verschiedene Geräte wie beispielsweise Hydraulik-Vorrichtungen, Kompressoren usw., sowie eine Zusammensetzung, die zur Herstellung des Gleitelements verwendbar ist. DE 69221833 T2 describes a sliding member that is suitable for use in installation in various devices such as hydraulic devices, compressors, etc., and a composition that can be used to manufacture the sliding member.

WO 2014/129718 A1 beschreibt eine Doppelstrukturbuchse und eine entsprechende Lageranordnung. WO 2014/129718 A1 describes a double structure bushing and a corresponding bearing arrangement.

JP 2007 177147 A beschreibt ein Phenolharzformmaterial, erhalten durch das Vermengen von 100 Massenteilen Phenolharz mit 50-90 Massenteilen anorganischen Verstärkungsfasern, 10-50 Massenteilen Gleitfähigkeits-verleihendem Material und 30-80 Massenteilen Metallhydrat als wesentliche Komponenten. JP 2007 177147 A describes a phenolic resin molding material obtained by blending 100 parts by mass of phenolic resin with 50-90 parts by mass of inorganic reinforcing fibers, 10-50 parts by mass of lubricity-imparting material and 30-80 parts by mass of metal hydrate as essential components.

Gleitlager sind von zentraler Bedeutung im Maschinen- und Gerätebau und finden daher Verwendung in wichtigen Industriezweigen wie der Automobil-, der Luftfahrt- und der Raumfahrtindustrie. In vielen Fällen ist man bestrebt, die Gleitlager wartungsfrei auszuführen. Um eine Wartungsfreiheit erreichen zu können, müssen die Gleitlager über gute Trockenlaufeigenschaften verfügen, also auch ohne den Zusatz von flüssigen Schmierstoffen funktionstüchtig sein, wozu die verwendeten Materialien tribologisch hoch belastbar sein müssen.Plain bearings are of central importance in machine and device construction and are therefore used in important industries such as the automotive, aerospace and aerospace industries. In many cases, efforts are made to make the plain bearings maintenance-free. In order to achieve freedom from maintenance, the plain bearings must have good dry-running properties, i.e. they must be functional even without the addition of liquid lubricants, for which the materials used must be able to withstand high tribological loads.

Dazu werden beispielsweise Kunststoffe als Basismaterial verwendet, welche Füllstoffe beinhalten, mit denen die Trockenlaufeigenschaft der Gleitlager verbessert werden kann. Die Zusammensetzung der Verbundwerkstoffe hat einen großen Einfluss auf deren tribologische Eigenschaften. Dies führt dazu, dass bestimmte tribologische Eigenschaften für einen gewissen Beanspruchungsbereich eingestellt werden können. Jedoch mangelt es an der Möglichkeit, tribologische Eigenschaften über einen weiten Beanspruchungsbereich gezielt zu steuern bzw. einen weiten Beanspruchungsbereich mit einer einzigen Formulierung abzudecken.For this purpose, plastics are used as the base material, for example, which contain fillers with which the dry-running properties of the plain bearings can be improved. The composition of the composite materials has a major influence on their tribological properties. This means that certain tribological properties can be set for a certain stress range. However, there is a lack of the ability to control tribological properties over a wide range of stress or to cover a wide range of stress with a single formulation.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis bereitzustellen, dessen tribologische Eigenschaften über einen weiten Beanspruchungsbereich gezielt gesteuert werden können bzw. welcher einen weiten Beanspruchungsbereich mit einer Formulierung abzudecken vermag.The present invention is therefore based on the object of providing a tribologically optimized composite material based on plastics, the tribological properties of which can be controlled in a targeted manner over a wide range of stresses or which can cover a wide stress range with a formulation.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.This object is achieved by the embodiments characterized in the claims.

Die vorliegenden Erfindung betrifft einen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis, umfassend einen matrixbildenden Kunststoff, mindestens einen Festschmierstoff, Kohlenstoffschnittfasern und Mg(OH)2, wobei der Gehalt an Mg(OH)2 von 14 bis 26 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt;
der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff von 40 bis 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt;
der Gesamtgehalt an Festschmierstoffen von 10 bis 40 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt; und
der Gehalt an Kohlenstoffschnittfasern von 10 bis 20 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.The present invention relates to a tribologically optimized composite material based on plastic, comprising a matrix-forming plastic, at least one solid lubricant, carbon cut fibers and Mg (OH) 2 , the content of Mg (OH) 2 being from 14 to 26% by weight, based on the total weight of the composite material;
the content of the matrix-forming plastic is from 40 to 80% by weight, based on the total weight of the composite material;
the total solid lubricant content is from 10 to 40% by weight based on the total weight of the composite; and
the carbon cut fiber content is from 10 to 20% by weight based on the total weight of the composite.

Hier bezeichnet der Begriff „tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis“ einen Verbundwerkstoff, welcher einen Kunststoff als Basismaterial verwendet und dessen tribologische Eigenschaften über einen weiten Beanspruchungsbereich gezielt gesteuert werden können bzw. welcher einen weiten Beanspruchungsbereich mit einer einzigen Formulierung abzudecken vermag. Im Folgenden werden die Begriffe „Kunststoff als Basismaterial“ und „matrixbildender Kunststoff“ synonym füreinander verwendet.Here, the term “tribologically optimized composite material based on plastic” refers to a composite material that uses a plastic as the base material and whose tribological properties can be controlled in a targeted manner over a wide range of stresses or that can cover a wide stress range with a single formulation. In the following, the terms "plastic as base material" and "matrix-forming plastic" are used interchangeably.

Erfindungsgemäß umfasst der tribologisch optimierte Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis Mg(OH)2. Bei tribologischer Beanspruchung arbeitet der Werkstoff zunächst wie ein herkömmliches Tribocompound (tribologischer Verbundwerkstoff). Erzeugt die Beanspruchung jedoch Flash-Temperaturen von über 400°C wird lokal Mg(OH)2 zu Mg(O) unter Bildung von Wasser(dampf) umgewandelt, das als hochgleitfähige Zwischenschicht agiert. Ab einer bestimmten thermischen Beanspruchung zersetzt sich das zwingend vorgesehene, gezielt eingesetzte Mg(OH)2 unter Erzeugung eines „Wasserdampfkisseneffekts“. Somit schaltet der Werkstoff bei höherer Beanspruchung auf einen neuen Mechanismus um. Der erfindungsgemäße tribologisch optimierte Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis besitzt deutlich bessere Notlaufeigenschaften. Bei lokaler Überhitzung setzt der chemische Prozess mit der „Dampfkissen-Wirkung“ ein. Sobald die Temperatur wieder fällt, stoppt dieser chemische Prozess und die bewährte Gleitlagerzusammensetzung erfüllt die tribologische Aufgabe. Im Stand der Technik ist lediglich der Einsatz von Mg(OH)2 als Flammschutzmittel bekannt, jedoch nicht der Einsatz von Mg(OH)2 in Verbundwerkstoffen zur Ausbildung einer solchen hochgleitfähigen Zwischenschicht im Flash-Temperaturbereich von über 400°C.According to the invention, the tribologically optimized plastic-based composite material comprises Mg (OH) 2 . When subjected to tribological stress, the material initially works like a conventional tribocompound (tribological composite). However, if the stress creates flash temperatures of over 400 ° C, Mg (OH) 2 is locally converted to Mg (O) with the formation of water (steam), which acts as a highly lubricious intermediate layer. Above a certain thermal load, the mandatory, specifically used Mg (OH) 2 decomposes to produce a "water vapor cushion effect". The material therefore switches to a new mechanism when subjected to higher loads. The tribologically optimized plastic-based composite material according to the invention has significantly better emergency running properties. In the event of local overheating, the chemical process begins with the “steam cushion effect”. As soon as the temperature drops again, this chemical process stops and the proven slide bearing composition fulfills the tribological task. In the prior art, only the use of Mg (OH) 2 as a flame retardant is known, but not the use of Mg (OH) 2 in composite materials to form such a highly slidable intermediate layer in the flash temperature range of over 400 ° C.

In dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis beträgt der Gehalt an Mg(OH)2 von 14 bis 26 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.In the tribologically optimized plastic-based composite material according to the invention, the Mg (OH) 2 content is from 14 to 26% by weight, based on the total weight of the composite material.

Der matrixbildende Kunststoff bzw. der Kunststoff, welcher das Basismaterial des tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs ist, unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Matrixbildende Kunststoffe für tribologische Werkstoffe sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.The matrix-forming plastic or the plastic which is the base material of the tribologically optimized composite material is not subject to any particular restrictions. Matrix-forming plastics for tribological materials are known to the person skilled in the art from the prior art.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis, umfasst der matrixbildende Kunststoff mindestens einen Thermoplast und/oder einen Duroplast. Thermoplaste bzw. Duroplaste für tribologische Werkstoffe sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Vorzugsweise umfasst der matrixbildende Kunststoff mindestens einen Thermoplast. Noch bevorzugter besteht der matrixbildende Kunststoff aus mindestens einem Thermoplast. Am bevorzugtesten ist der matrixbildende Kunststoff ein Thermoplast.In a preferred embodiment of the tribologically optimized composite material based on plastic, the matrix-forming plastic comprises at least one thermoplastic and / or a thermoset. Thermoplastics or thermosets for tribological materials are known to the person skilled in the art from the prior art. The matrix-forming plastic preferably comprises at least one thermoplastic. Even more preferably, the matrix-forming plastic consists of at least one thermoplastic. The matrix-forming plastic is most preferably a thermoplastic.

Vorzugsweise umfasst der Thermoplast mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), Polyamid (PA), Polyetherimid (PEI) und Polyoxymethylen (POM). Noch bevorzugter umfasst der Thermoplast mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), Polyamid (PA), Polyetherimid (PEI) und Polyoxymethylen (POM). Noch bevorzugter umfasst der Thermoplast mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polymamid (PA) und Polyoxymethylen (POM). Besonders bevorzugt besteht der Thermoplast aus mindestens einem Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polymamid (PA) und Polyoxymethylen (POM). Umfasst der Thermoplast mindestens ein Mitglied der vorstehend genannten Gruppen, so zeigt der erfindungsgemäße tribologisch optimierte Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis hervorragende Eigenschaften in Bezug auf Adhäsionsneigung (zum Gegenkörper), Deformierbarkeit (Druck-E-Modul) und Temperaturbeständigkeit.The thermoplastic preferably comprises at least one member from the group consisting of polyester, polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyether ether ketone (PEEK), Polyvinyl chloride (PVC), polysulfone (PSU), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfone (PPSU), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymer polymers , Polyamide (PA), polyetherimide (PEI) and polyoxymethylene (POM). Even more preferably, the thermoplastic comprises at least one member from the group consisting of polyester, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyether ether ketone (PEEK), polysulfone (PSU), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS) , Polyphenylene sulfone (PPSU), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA), polyamide (PA), polyetherimide (PEI) and polyoxymethylene (POM). Even more preferably, the thermoplastic comprises at least one member from the group consisting of polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polymamide (PA) and polyoxymethylene (POM). The thermoplastic particularly preferably consists of at least one member from the group consisting of polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polymamide (PA) and polyoxymethylene (POM). If the thermoplastic comprises at least one member of the abovementioned groups, the tribologically optimized composite material based on plastic according to the invention exhibits excellent properties with respect to the tendency to adhesion (to the counter body), deformability (pressure modulus of elasticity) and temperature resistance.

Vorzugsweise umfasst der Duroplast mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Epoxidharz, Vinylesterharz oder Vinylesterurethan-Hybridharz. Noch bevorzugter umfasst der Duroplast mindestens ein Epoxidharz. Besonders bevorzugt besteht der Duroplast aus mindestens einem Epoxidharz.The thermoset preferably comprises at least one member from the group consisting of epoxy resin, vinyl ester resin or vinyl ester urethane hybrid resin. Even more preferably, the thermoset comprises at least one epoxy resin. The thermoset particularly preferably consists of at least one epoxy resin.

In dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis beträgt der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff von 40 bis 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff von 50 bis 70 Gew.-%, am bevorzugtesten von 55 bis 65 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt. Je geringer der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff desto mehr Zusätze kann der erfindungsgemäße tribologisch optimierte Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis umfassen.In the tribologically optimized plastic-based composite material according to the invention, the content of the matrix-forming plastic is from 40 to 80% by weight, based on the total weight of the composite material. In particular, it is advantageous if the content of the matrix-forming plastic is from 50 to 70% by weight, most preferably from 55 to 65% by weight, based on the total weight of the composite. The lower the content of the matrix-forming plastic, the more additives the tribologically optimized composite material based on plastic can comprise.

Als Festschmierstoff können in dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis alle dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Festschmierstoffe verwendet werden. Vorzugsweise umfasst der mindestens eine Festschmierstoff mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Zinksulfid (ZnS), Graphit, PTFE, Bariumsulfat (BaSO4), Ruß, hexagonalem Bornitrid (h-BN), MoS2 und TiO2. Noch bevorzugter umfasst der mindestens eine Festschmierstoff mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Zinksulfid (ZnS), Graphit, PTFE und TiO2. Noch bevorzugter umfasst der mindestens eine Festschmierstoff mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Zinksulfid (ZnS), Graphit und TiO2. Besonders bevorzugt besteht der mindestens eine Festschmierstoff aus mindestens einem Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Zinksulfid (ZnS), Graphit und TiO2. Umfasst der mindestens eine Festschmierstoff Zinksulfid (ZnS) und Graphit, so beträgt der Gehalt an Zinksulfid beispielsweise von 30 bis 90 Gew.-%, insbesondere von 40 bis 80 Gew.-% und am meisten bevorzugt von 50 bis 70 Gew.-%, und der Gehalt an Graphit beispielsweise von 10 bis 70 Gew.-%, insbesondere von 20 bis 60 Gew.-% und am meisten bevorzugt von 30 bis 50 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht von Zinksulfid und Graphit.All solid lubricants known to the person skilled in the art from the prior art can be used as the solid lubricant in the tribologically optimized plastic-based composite material according to the invention. The at least one solid lubricant preferably comprises at least one member from the group consisting of zinc sulfide (ZnS), graphite, PTFE, barium sulfate (BaSO 4 ), carbon black, hexagonal boron nitride (h-BN), MoS 2 and TiO 2 . Even more preferably, the at least one solid lubricant comprises at least one member from the group consisting of zinc sulfide (ZnS), graphite, PTFE and TiO 2 . Even more preferably, the at least one solid lubricant comprises at least one member from the group consisting of zinc sulfide (ZnS), graphite and TiO 2 . The at least one solid lubricant particularly preferably consists of at least one member from the group consisting of zinc sulfide (ZnS), graphite and TiO 2 . If the at least one solid lubricant comprises zinc sulfide (ZnS) and graphite, the content of zinc sulfide is, for example, from 30 to 90% by weight, in particular from 40 to 80% by weight and most preferably from 50 to 70% by weight, and the graphite content, for example, from 10 to 70% by weight, in particular from 20 to 60% by weight and most preferably from 30 to 50% by weight, based on the total weight of zinc sulfide and graphite.

Die TiO2-Teilchen können beispielsweise einen Teilchendurchmesser von 200 bis 400 nm, insbesondere von 250 bis 350 nm, von 270 bis 330 nm und am meisten bevorzugt von 300 nm, aufweisen. The TiO 2 particles can, for example, have a particle diameter of 200 to 400 nm, in particular 250 to 350 nm, 270 to 330 nm and most preferably 300 nm.

Vorzugsweise beträgt der Gehalt einer Einzelkomponente des mindestens einen Festschmierstoffs mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise 6 Gew.-%, und am meisten bevorzugt mindestens 7 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.The content of an individual component of the at least one solid lubricant is preferably at least 5% by weight, preferably 6% by weight, and most preferably at least 7% by weight, based on the total weight of the composite material.

In dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis beträgt der Gesamtgehalt an Festschmierstoffen von 10 bis 40 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Gesamtgehalt an Festschmierstoffen von 10 bis 35 Gew.-%, am bevorzugtesten von 15 bis 30 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.In the tribologically optimized plastic-based composite material according to the invention, the total solid lubricant content is from 10 to 40% by weight, based on the total weight of the composite material. It is particularly advantageous if the total solid lubricant content is from 10 to 35% by weight, most preferably from 15 to 30% by weight, based on the total weight of the composite.

Als Kohlenstoffschnittfasern können in dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis alle dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Kohlenstoffschnittfasern verwendet werden. Vorteilhafterweise reduzieren Kohlenstoffschnittfasern die Deformation des erfindungsgemäßen Werkstoffs. Darüber hinaus besitzen Kohlenstoffschnittfasern eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise weisen die Kohlenstoffschnittfasern einen Durchmesser von 5 bis 20 µm, insbesondere von 7 bis 17 µm und am meisten bevorzugt von 10 bis 15 µm auf. Die Kohlenstoffschnittfasern weisen beispielsweise ein Länge von 200 bis 500 µm, insbesondere von 250 bis 450 µm und am meisten bevorzugt von 300 bis 400 µm auf.All carbon cut fibers known to the person skilled in the art from the prior art can be used as carbon cut fibers in the tribologically optimized plastic-based composite material according to the invention. Carbon cut fibers advantageously reduce the deformation of the material according to the invention. In addition, carbon cut fibers have excellent thermal conductivity. For example, the carbon cut fibers have a diameter of 5 to 20 μm, in particular 7 to 17 μm and most preferably 10 to 15 μm. The carbon cut fibers have, for example, a length of 200 to 500 μm, in particular of 250 to 450 μm and most preferably of 300 to 400 μm.

In dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis beträgt der Gehalt an den Kohlenstoffschnittfasern von 10 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 10 bis 15 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.In the tribologically optimized composite material based on plastic according to the invention, the content of the carbon cut fibers is from 10 to 20% by weight, preferably from 10 to 15% by weight, based on the total weight of the composite material.

In dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis können alle weiteren dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Füllstoffe verwendet werden. Solche Füllstoffe sind beispielsweise Verstärkungsstoffe, wie insbesondere Glasfasern, Polyamidfasern, Polyaramidfasern; Metallsulfide, wie MoS2, SnS2, CuS, Ag2S, NiS, WS2; Kunststoffpartikel, wie insbesondere Polytetrafluorethylenpartikel, Polyaramidpartikel, Poly(p-phenylenterephthalamid)- (PPTA)-Partikel, Polyphenylensulfonpartikel, Polyimid- (PI)-Partikel, Polyamidimid- (PAI)-Partikel, Polyacrylatpartikel, Polybutylacrylat- (PBA)-Partikel, Polybenzimidazol- (PBI)-Partikel; Metalloxide, wie insbesondere Fe2O3, Al2O3, CuO, MgO, ZnO, ZrO2; Hartstoffe (keramische Partikel), wie insbesondere SiC, Si3N4, BC, kubisches Bornitrid (c-BN); Fluoride, wie insbesondere CaF2, NaF, AlF3, CuF2; Schichtsilikate, wie insbesondere Kaolin, Glimmer, Wollastonit, Talk, Kieselsäure; metallische Feinpulver, wie insbesondere Bronze und Wismut; Pigmente, wie insbesondere Mischphasenoxidpigmente, nämlich Co-Al, Cr-Sb-Ti, Co-Ti, Fe-Al oder Co-Cr; Flammschutzmittel; und Stabilisatoren und Prozessadditive, wie etwa Dispergierhilfen, Trennmittel und Antioxidantien.All other fillers known to the person skilled in the art from the prior art can be used in the tribologically optimized composite material based on plastics according to the invention. Such fillers are, for example, reinforcing materials, such as in particular glass fibers, polyamide fibers, polyaramid fibers; Metal sulfides such as MoS 2 , SnS 2 , CuS, Ag 2 S, NiS, WS 2 ; Plastic particles, such as in particular polytetrafluoroethylene particles, polyaramide particles, poly (p-phenylene terephthalamide) - (PPTA) particles, polyphenylene sulfone particles, polyimide (PI) particles, polyamideimide (PAI) particles, polyacrylate particles, polybutyl acrylate (PBA) azide particles, - (PBI) particles; Metal oxides, such as in particular Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , CuO, MgO, ZnO, ZrO 2 ; Hard materials (ceramic particles), such as in particular SiC, Si 3 N 4 , BC, cubic boron nitride (c-BN); Fluorides, such as in particular CaF 2 , NaF, AlF 3 , CuF 2 ; Layered silicates, such as in particular kaolin, mica, wollastonite, talc, silicic acid; metallic fine powders, such as in particular bronze and bismuth; Pigments, in particular mixed phase oxide pigments, namely Co-Al, Cr-Sb-Ti, Co-Ti, Fe-Al or Co-Cr; Flame retardants; and stabilizers and process additives such as dispersing aids, release agents and antioxidants.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis, umfassend den Schritt des Vermengens der Bestandteile des erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis. Die vorgenannten Ausführungen und Definitionen sind auch auf diesen Aspekt der Erfindung in analoger Weise anwendbar. Beispielsweise können die Füllstoffe des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs in Form von Masterbatches auf Basis des matrixbildenden Kunststoffs vorliegen. Diese Masterbatches, und gegebenenfalls weiterer matrixbildenden Kunststoff, können entsprechend der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Werkstoffs vermengt werden. Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis weiter den Schritt der Extrusion des Verbundwerkstoffs. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann durch Extrusion beispielsweise in Form von Granula erhalten werden. Vorteilhafterweise können diese Granula, beispielsweise mit Hilfe einfacher Spritzgußverfahren, zur Fertigung komplexer Bauteile, wie beispielsweise Gleitlager, verwendet werden.Another aspect of the present invention relates to a method for producing the tribologically optimized composite material based on plastic, comprising the step of mixing the components of the tribologically optimized composite material based on plastic. The aforementioned statements and definitions can also be applied in an analogous manner to this aspect of the invention. For example, the fillers of the composite material according to the invention can be in the form of masterbatches based on the matrix-forming plastic. These masterbatches, and possibly further matrix-forming plastic, can be mixed in accordance with the composition of the material according to the invention. The method for producing the tribologically optimized composite material based on plastic preferably further comprises the step of extruding the composite material. The composite material according to the invention can be obtained by extrusion, for example in the form of granules. These granules can advantageously be used, for example with the aid of simple injection molding processes, for the production of complex components, such as, for example, plain bearings.

Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung des erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis als Gleitlagerwerkstoff. Die vorgenannten Ausführungen und Definitionen sind auch auf diesen Aspekt der Erfindung in analoger Weise anwendbar. Gleitlager können beispielsweise komplett aus dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis gebildet werden oder durch das Beschichten eines Trägermaterials, vorzugsweise eines metallischen Substrats, mit dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis gebildet werden. Gleitlager, welche komplett aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff bestehen, können beispielsweise aus extrudiertem Verbundwerkstoff, mittels Spritzgußverfahren, hergestellt werden. Gleitlager, die durch das Beschichten eines Trägermaterials mit dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis gebildet werden, können beispielsweise aus extrudiertem Verbundwerkstoff, mittels Spritzgußverfahren und anschließendem Anheften an das Trägermaterial, hergestellt werden. Bei höheren Beanspruchungen ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die entsprechenden Gleitlager durch das Beschichten eines Trägermaterials, beispielsweise eines metallischen Substrats, mit dem erfindungsgemäßen tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis gebildet werden.The invention further relates to the use of the tribologically optimized composite material based on plastic according to the invention as a plain bearing material. The aforementioned statements and definitions can also be applied in an analogous manner to this aspect of the invention. Plain bearings can, for example, be formed entirely from the tribologically optimized composite material based on plastic or by coating a carrier material, preferably a metallic substrate, with the tribologically optimized composite material based on plastic. Plain bearings, which consist entirely of the composite material according to the invention, can be produced, for example, from extruded composite material by means of an injection molding process. Plain bearings, which are formed by coating a carrier material with the tribologically optimized composite material based on plastic according to the invention, can be produced, for example, from extruded composite material, by means of an injection molding process and then adhering to the carrier material. In the case of higher loads, it is particularly advantageous if the corresponding plain bearings are formed by coating a carrier material, for example a metallic substrate, with the tribologically optimized composite material based on plastic according to the invention.

Der Einsatz erfindungsgemäßer Gleitlager ermöglicht bessere Energieeffizienzen bzw. Energieeinsparung inklusive verbesserter CO2-Reduktion, wenn in bewegten Systemen wie z.B. Automobilen eingesetzt.The use of slide bearings according to the invention enables better energy efficiencies or energy savings, including improved CO 2 reduction, when used in moving systems such as automobiles.

Claims (9)

Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis, umfassend einen matrixbildenden Kunststoff, mindestens einen Festschmierstoff, Kohlenstoffschnittfasern und Mg(OH)2, wobei der Gehalt an Mg(OH)2 von 14 bis 26 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt; der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff von 40 bis 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt; der Gesamtgehalt an Festschmierstoffen von 10 bis 40 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt; und der Gehalt an Kohlenstoffschnittfasern von 10 bis 20 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.Tribologically optimized composite material based on plastic, comprising a matrix-forming plastic, at least one solid lubricant, carbon cut fibers and Mg (OH) 2 , the content of Mg (OH) 2 being from 14 to 26% by weight, based on the total weight of the composite material; the content of the matrix-forming plastic is from 40 to 80% by weight, based on the total weight of the composite material; the total solid lubricant content is from 10 to 40% by weight based on the total weight of the composite; and the carbon cut fiber content is from 10 to 20% by weight based on the total weight of the composite. Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach Anspruch 1, wobei der matrixbildende Kunststoff mindestens einen Thermoplast und/oder einen Duroplast umfasst.Tribologically optimized composite material based on plastic Claim 1 , wherein the matrix-forming plastic comprises at least one thermoplastic and / or a thermoset. Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach Anspruch 2, wobei der Thermoplast mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), Polyamid (PA), Polyetherimid (PEI) und Polyoxymethylen (POM), umfasst.Tribologically optimized composite material based on plastic Claim 2 , wherein the thermoplastic at least one member from the group consisting of polyester, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyether ether ketone (PEEK), polysulfone (PSU), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), Polyphenylene sulfone (PPSU), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA), polyamide (PA), polyetherimide (PEI) and polyoxymethylene (POM). Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Duroplast mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Epoxidharz, Vinylesterharz und Vinylesterurethan-Hybridharz, umfasst.Tribologically optimized composite material based on plastic Claim 2 or 3 , wherein the thermoset comprises at least one member from the group consisting of epoxy resin, vinyl ester resin and vinyl ester urethane hybrid resin. Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gehalt an dem matrixbildenden Kunststoff von 50 bis 70 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.Tribologically optimized composite material based on plastic according to one of the Claims 1 to 4 , the content of the matrix-forming plastic being from 50 to 70% by weight, based on the total weight of the composite. Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine Festschmierstoff mindestens ein Mitglied aus der Gruppe, bestehend aus Zinksulfid (ZnS), Graphit, PTFE, Bariumsulfat (BaSO4), Ruß, hexagonalem Bornitrid (h-BN), MoS2 und TiO2, umfasst.Tribologically optimized composite material based on plastic according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the at least one solid lubricant comprises at least one member from the group consisting of zinc sulfide (ZnS), graphite, PTFE, barium sulfate (BaSO 4 ), carbon black, hexagonal boron nitride (h-BN), MoS 2 and TiO 2 . Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gesamtgehalt an Festschmierstoffen von 10 bis 35 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.Tribologically optimized composite material based on plastic according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the total content of solid lubricants is from 10 to 35 wt .-%, based on the total weight of the composite. Tribologisch optimierter Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Gehalt an Kohlenstoffschnittfasern von 10 bis 15 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, beträgt.Tribologically optimized composite material based on plastic according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the carbon cut fiber content is from 10 to 15% by weight based on the total weight of the composite. Verwendung des tribologisch optimierten Verbundwerkstoffs auf Kunststoffbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Gleitlagerwerkstoff.Use of the tribologically optimized composite material based on plastic according to one of the Claims 1 to 8th as a plain bearing material.
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