DE102004057190B4

DE102004057190B4 - Tribologische Schicht, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE102004057190B4
Application number: DE200410057190
Authority: DE
Inventors: Wilfried Erb; Peter ÜBELMESSER
Original assignee: Frenzelit Werke GmbH
Current assignee: Frenzelit Werke GmbH
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2024-11-27
Also published as: DE102004057190A1

Abstract

Tribologische Schicht aus
– 40 bis 90 Vol.-% einer Matrix aus mindestens einem Thermoplasten, ausgewählt aus Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyethylen (PE), Polyparaphenylensulfid (PPS), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid, (PA), Polyaramid (AR), Polyester, Polyoxymethylen (POM) oder Polybenzoxazol (PBO),
– 10 bis 60 Vol.-% einer Verstärkungsfaser mit einer Faserlänge von 1 mm bis 30 mm, wobei diese anisotrop in der Schicht vorliegt,
– 2 bis 50 Vol.-% eines Binders, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyaramiden, wobei der Schmelzpunkt des Thermoplasten unterhalb des Schmelz- bzw. Erweichungspunktes der Verstärkungsfaser und der Schmelzpunkt oder der Zersetzungspunkt des Binders höher liegt als der des Thermoplasten der Matrix.

Description

Tribologisch wirksame Funktionsschichten sind Werkstoffsysteme, deren mechanisch-physikalische Kennwerte, insbesondere auf niedrige, Reibung, niedrigen Verschleiß, hohe mechanische Stabilität und gute Standzeiten, insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen, hohem Druck und hohen Gleitgeschwindigkeiten in geschmierten und nicht geschmierten Anwendungen optimiert sind. Im Stand der Technik haben sich für polymere Gleitlager insbesondere die sog. „compounds" bewährt.
„Compounds" werden durch die klassisch bekannten Mischtechniken, bei thermoplastischen Strukturen insbesondere durch Plastifizierung im Extruder und anschließende erneute Granulierung, hergestellt. Diese Verfahren erreichen dann ihre Grenzen, wenn die Zuschlagsstoffe faserartig sind und insbesondere aus dem Segment der Hochleistungsfasern kommen. Durch die hohe eingetragene mechanische Energie beim Mischprozess ist die erreichbare Faserlänge im Endprodukt mit ca. < 1 mm stark begrenzt. Es kommt im Übrigen schon während der Verarbeitung zu einer starken Fasereinkürzung, weiterhin treten in Abhängigkeit der verwendeten Verstärkungsfasern, insbesondere bei größeren Faserlängen, unbeherrschbare Entmischungen oder mangelhafte Durchmischung und damit eine mangelhafte Homogenität des „Compounds" auf. Typischerweise verwendete thermoplastische Polymere sind dabei PA 6.6, POM, PBT, PEEK. Aus dem Bereich der nicht thermoplastischen Polymere kommt PTFE die Hauptbedeutung zu. Als Verstärkungsfaser werden üblicherweise Aramid-, Glas- und Carbonfasern eingesetzt.
Nachteilig bei den Compounds ist weiterhin, dass durch die nachfolgenden Verarbeitungsstufen, wie Z.B. Spritzgussprozesse oder Extrusion, sich die vorstehend beschriebenen Probleme verstärken. Selbst bei Verfahren, die eine größere Faserlänge zulassen (langfaserverstärkte Thermoplaste, z.B. mit kurz vor der Extrusion zugeführten Rovings) treten dann Entmischungen und Faserorientierungen aufgrund von Wandungsreibungen und Fliessprozessen im Werkstoff auf. Weiterhin können in der Regel bei diesen Verfahren relativ dickwandige Teile und darüber hinaus in der Regel eher Einzelteile hergestellt werden. Dies führt insbesondere bei hochpreisigen Basispolymeren und Zuschlagstoffen durch die Prozesstechnologie zu teuren Produkten.
Die gleichen Schwierigkeiten treten bei pulverartigen Compounds oder Compounds mit nicht thermoplastischen Basispolymeren auf. Diese werden üblicherweise verwalzt und in dieser Art auf entsprechende Trägersubstrate aufgepresst oder direkt aus Pulvern verpresst.
Dabei treten dann ebenfalls die vorstehend beschriebenen Nachteile auf.
Aus der DE 103 18 858 A1 ist ein Faserverbundwerkstoff bekannt, der aus einer Matrix aus einem Thermoplasten und Verstärkungsfasern besteht. Überlegene Eigenschaften dieses Werkstoffes in Bezug auf die tribologischen Eigenschaften sind nicht beschrieben.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine tribologische Schicht anzugeben, die eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringerte spezifische Verschleißrate aufweist und die zudem erforderlichenfalls in einer sehr dünnen Form hergestellt werden kann. Die tribologische Schicht nach der Erfindung soll weiterhin zur Verbesserung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften Verstärkungsfasern enthalten, die > 1 mm sind. Die tribologische Schicht sollte weiterhin für viele Anwendungsfälle und über einbreites Belastungs- und Temperaturspektrum eingesetzt werden können.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen tribologischen Schicht ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gekennzeichnet. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße tribologische Schicht besteht aus 40 bis 90 Vol.-% einer Matrix aus mindestens einem Thermoplasten, wobei in der Matrix 10 bis 60 Vol. einer Verstärkungsfaser anisotrop in der Schicht vorhanden ist. Die Verstärkungsfaser hat dabei eine Länge von 1 bis 30 mm. Die tribologische Schicht enthält ferner einen Binder aus Polyaramiden in einer Ge wichtsmenge von 2 bis 50 Gew.-%. Die Gewichtsmenge des Binders ist dabei auf die volumenmässige Zusammensetzung der Schicht bezogen. Bei der erfindungsgemäßen tribologischen Schicht ist der mindestens eine Thermoplast so ausgewählt, dass dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelz- bzw. Erweichungspunktes der Verstärkungsfaser liegt. Dies ist deshalb wesentlich, da beim Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen tribologischen Schicht die Hochleistungsfaser als Schmelzfaser vorliegt und somit dann beim nachfolgenden Verpressen die Matrix bildet. Dadurch ist gewährleistet, dass die Verstärkungsfaser noch in ihrer ursprünglichen Länge und Orientierung vorliegt. Eine Verkürzung vzw. durch den Eintrag mechanischer Energie und eine Neuorientierung der Fasern in X-, Y- oder Z-Richtung wie im Stand der Technik tritt deshalb nicht, ein. Zur Erfüllung der Funktion des Binders ist es gleichfalls erforderlich, dass der Schmelzpunkt oder im Falle von duroplastischen Systemen der Zersetzungspunkt des Binders grö- ßer ist als der des Thermoplasten der Matrix. Es hat sich gezeigt, dass die Fasern homogen anisotrop in der Matrix verteilt sind. Die Anordnung und Orientierung der Fasern und die Länge sind dabei wesentlich für die überlegenen Eigenschaften der erfindungsgemäßen tribologischen Schicht. Die tribologische Schicht nach der Erfindung zeichnet sich weiterhin durch eine ideale Homogenität auch in dünnsten Schichten aus. Dadurch, dass in der erfindungsgemäßen tribologischen Schicht an und für sich jede geeignete Verstärkungsfaser einsetzbar ist und auch in Bezug auf die Thermoplasten eine freie Materialwahl besteht, ist es möglich, für jeden Anwendungsfall spezifische entsprechende tribologische Schichten zur Verfügung zu stellen. Bei der erfindungsgemäßen tribologischen Schicht lassen sich somit auch an sonsten schwierig zu verarbeitende Verstärkungsfasern, wie Aramide, problemlos einarbeiten, und an das Basispolymer anbinden. Auch die Möglichkeit, dass in der tribologischen Schicht noch Additive in einer Menge bis zu 30 Gew.-% enthalten sein können, eröffnet zahlreiche Variationsmöglichkeiten für die Beeinflussung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften der tribologischen Schicht. Dadurch ist es auch möglich, Gradientenwerkstoffe zu erzeugen.
Als Verstärkungsfasern für die tribologische Schicht sind alle an und für sich im Stand der Technik bekannten Verstärkungsfasern einsetzbar. Beispiele sind hierfür: Carbonfasern, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern und/oder organischen Fasern wie Polybenzoxazol (PBO), Polyimid (PI), Polyetherimid (PEI), Polyacrylnitril (PAN), Polyethersulfon (PES), Polyparaphenylensulfid (PPS), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid (PA), Polyaramid (AR), Polyester oder Polyoxymethylen (POM).
Zur Beeinflussung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Schicht ist es bevorzugt, wenn die Verstärkungsfaser eine Mischung von mindestens zwei oder mehr Fasertypen ist. Als günstig hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Verstärkungsfaser eine Mischung einer Aramidfaser und einer Carbonfaser ist, wobei die Carbonfaser im Wesentlichen in der Ebene der Schicht angeordnet ist und die Aramidfaser eine hiervon abweichende Orientierung aufweist.
Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn die Länge der Verstärkungsfasern im Bereich von 6 bis 18 mm liegt.
Bei den Thermoplasten für die erfindungsgemäße tribologische Schicht werden die nachfolgenden verwendet: Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyethylen (PE), Polyparaphenylensulfid (PPS), Polyetherketon (PEK), Polyamid (PA), z.B. PA 6.6, Polyester, Polyoxymethylen (POM) oder Polybenzoxazol (PBO).
Als geeigneter Binder werden Verbindungen aufgebaut aus Polyaramid eingesetzt.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die tribologische Schicht nach der Erfindung noch Additive, insbesondere tribologische Zusätze enthält.
Bei den tribologischen Zusätzen sind PTFE, Kohlenstoff, Metall, Metallnitride, Metallcarbide, synthetische Polymere, Keramik oder Mischungen hiervon bevorzugt.
Es hat sich gezeigt, dass es weiterhin günstig ist, wenn die tribologischen Zusätze in Form von Pulvern, Fasern, Fibriden und/oder nanoskaligen Füllstoffen oder Fasern vorliegen.
Selbstverständlich können auch noch weitere Additive, z.B. Additive, die die elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Temperaturbeständigkeit, Schlagzähigkeit, Festigkeit und/oder die Abrasionsbeständigkeit beeinflussen, enthalten sein.
Wenn Additive, insbesondere tribologische Zusätze, aber auch weitere Additive in der tribologischen Schicht enthalten sind, sind diese bevorzugt mit 1 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Zusammensetzung der Schicht enthalten. In diesem Falle enthält dann die Schicht 60 bis 85 Vol.-% der Thermoplastischen Matrix, 10 bis 30 Vol.-% der Verstärkungsfaser und 3 bis 10 Vol.-% des Binders.
Die tribologische Schicht nach der Erfindung kann dabei von 10 μm bis 5 mm dick sein, bevorzugt weist sie eine Dicke von 20 bis 250 μm auf.
Die tribologische Schicht kann selbstverständlich auch auf einem Substrat angeordnet sein oder sie bildet selbst den Gegenstand, der als Reibpartner fungiert.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen tribologischen Schicht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Faservliesmatte, die die Faser des hermoplasten als Schmelzfaser, die Verstärkungsfaser und den Binder enthält, in einem beheizten Werkzeug verpresst. Der Binder fixiert dabei die Fasern untereinander. Dadurch ist es möglich, Faservliesmatten mit der Schmelzfaser aus dem hermop1asten und der Verstärkungsfaser sowie dem Binder in einer beliebigen Stoffauswahl einzusetzen bzw. auch in Kombinationen von verschiedenen Edukten, sodass sich Faservliesmatten herstellen lassen, die für die verschiedensten Anwendungsfälle geeignet sind.
Bei der Herstellung der Faservliesmatte, die dann wie vorstehend beschrieben unter Druck und Hitze zur tribologischen Schicht verpresst wird, ist es weiterhin wichtig, dass die Schmelzfaser, die dann nach Verpressen den Thermoplasten bildet, eine kleinere Faserlänge aufweisen als die Verstärkungsfasern.
Dadurch, dass die Faserlänge der Schmelzfaser kleiner ist als diejenige der Verstärkungsfaser, wird eine homogene Vermischung der beiden Faserarten erreicht, sodass dann beim späteren Weiterverarbeiten der Faservliesmatte eine einheitliche homogene Verteilung der Verstärkungsfaser in der Matrix erfolgt. Die Faserausrichtung der Fasern in der Schicht ist anisotrop.
Es ist deshalb beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn die Schmelzfaser 0,1 mm bis 30 mm, bevorzugt 2 mm bis 6 mm und ganz besonders bevorzugt 2,5 mm bis 3 mm ist. Weiterhin ist darauf zu achten, dass eine möglichst einheitliche Faserlänge vorliegt,' sodass auch eine möglichst homogene Verteilung der Schmelzfaser in der Faservliesmatte realisierbar ist. Die Verstärkungsfaser aus dem Hochleistungswerkstoff kann eine Länge von 1 mm bis 30 mm besitzen. Geeignete Faserlänge für die Verstärkungsfasern ist 6 mm bis 18 mm. Auch im Falle der Verstärkungsfaser ist darauf zu achten, dass eine möglichst einheitliche Faserlänge vorliegt.
Wie vorstehend bereits erläutert, ist die erfindungsgemäße Faservliesmatte so aufgebaut, dass die einzelnen Fasern mit Hilfe eines Binders untereinander fixiert sind. Die Fasern selbst sind dabei noch so vorhanden, wie sie eingesetzt worden sind und nur lediglich an den Kreuzungspunkten oder an den Berührungsstellen durch den Binder miteinander verbunden. Dieser Aufbau der Faservliesmatten ist wichtig, da für die später herzustellende tribologische Schicht ein Aufspreizen der Verstärkungsfasern und/oder inhomogenen Mischung vermieden werden soll.
Der Binder selbst kann dabei ein Binder sein, der physikalisch und/oder durch Verklebung wirkt.
Wenn ein physikalisch wirkender Binder eingesetzt wird, erfolgt eine Verbindungswirkung durch Verklammerung/Verhakung der Fasern durch den Binder. Als Binder sind deshalb Fibrillen, Fibride und/oder faserartige Binder geeignet.
Der Vorteil eines derartigen Binders besteht darin, dass er bei der späteren Weiterverarbeitung unter Druck und Temperatur nicht aus dem System entfernt wird, sondern in der fertigen Matrix erhalten bleibt und die eingebrachten Verstärkungsfasern während der Phase der thermischen Konsolidierung in der ursprünglichen Lage hält. Eine ungewünschte Orientierung der Verstärkungsfasern wie im Stand der Technik üblich kann damit nicht eintreten. Dadurch können die Eigenschaften der tribologischen Schicht gezielt gesteuert und beeinflusst werden. Allerdings wirkt eben dieser Binder auch per se durch seine werkstoffliche Eigenschaft reibungs- und verschleißmindernd; er übernimmt auch in der fertig konsolidierten tribologischen Funktionsschicht eine verstärkende Wirkung und verhindert genau wie die Verstärkungsfasern ein Wegfließen des Thermoplasten insbesondere bei höheren Temperaturen. Er beeinflusst damit direkt die tribologischen Gesamteigenschaften der Schicht.
Die erfindungsgemäße Faservliesmatte kann selbstverständlich auch noch Additive, bevorzugt tribologische Zusätze, enthalten.
Es ist dabei bevorzugt, wenn die Additive, insbesondere die tribologischen Zusätze, während des Dispergierschrittes und/oder während der Vliesbildung eingebracht bzw. aufgestreut werden. Bevorzugt ist es dabei, wenn die Additive, d.h. insbesondere die tribologischen Zusätze in Form von Pulvern oder Fasern vorliegen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist es, dass das Flächengewicht und die Dicke des Vlieses durch die stoffliche Zusammensetzung der Dispersion und/oder die Zulaufgeschwindigkeit der Dispersion auf das Schrägsieb und/oder dessen Transportgeschwindigkeit gesteuert werden kann.
Die gezielte Beeinflussung der Entwässerungsgeschwindigkeit ermöglicht darüber hinaus die gradierte Einlagerung von z.B. Additiven, oder den gradierten Aufbau von Vliesstoffen hinsichtlich der Matrix-Verstärkungsfaserkonzentration über den Querschnitt des Vliesstoffes.
Es ist weiterhin möglich, dass die Vliesbildung mit auf dem Schrägsieb aufgelegten Flächengebilden erfolgt. In diesem Falle wird dann beim späteren Verpressen des Faservlieses bereits die tribologische Schicht auf dem Substrat gebildet. Als Flächengebilde können hier Gelege, Gewebe oder auch Vliesstoffe verwendet werden.
Die Faservliesmatte, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verpresst wird, hat bevorzugt eine Flächenmasse von 15 bis 500 g/m² und weist eine Dicke von 100 μm bis 4 mm auf.
Selbstverständlich ist es möglich durch sandwichartiges Übereinanderlegen von zwei oder mehreren Faservliesmatten, wobei auch hier unterschiedliche Zusammensetzungen der Faservliesmatten gewählt sein können, die tribologische Schicht zu bilden. Insbesondere durch diese Maßnahme können Gradientenschichten und auch spezifische tribologische Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften realisiert werden.
Die erfindungsgemäßen tribologischen Schutzschichten können insbesondere als Axiallager, Radiallager, Kallottenlager, Flachlager, Gleitschienen, Anlaufschienen, Laufbahnbeschichtungen für Gewindemuttern oder Schiebesitze eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Versuchsergebnissen näher erläutert.
Zur Untersuchung der erfindungsgemäßen tribologischen Schutzschicht wurden die in der nachfolgenden Tabelle 1 genannten Rezepturbeispiele verwendet. Tabelle 1

Thermoplast Vol% Verstärkungsfaser Vol% Binder Vol% Additiv Gew%

Beisp. 1 PEEK 80 p-Aramid 16 m-Aramid 4 -

Beisp. 2 PEEK 80 p-Aramid 16 p-Aramid 4 -
Mit diesen Proben, die als Beispiel 1 und 2 bezeichnet werden, wurden die nachfolgenden Verschleißprüfungen durchgeführt:
a. Stift auf Scheibe
Ein Pin des zu untersuchenden Materials rotiert über 20h mit einer Geschwindigkeit von 1m/s und einem Anpressdruck von 1MPa gegen einen Stahlring. Hierbei ist es möglich den Gegenkörper zu beheizen. Die Versuche wurden bei unbeheiztem Stahlring sowie bei 150°C und 250°C durchgeführt. Ermittelt wird die Verschleissrate der Probe überdie Massenabnahme.
b. Schwingverschleissprüfung in Anlehnung an DIN 51834:
Die Probe ist festeingespannt und wird über einen Gegenkörper mit einer Normalkraft belastet. Hierbei führt ein standardisierter Gegenkörper (Fa. Optimol 15 × 22mm) eine oszillierende Bewegung auf der Oberfläche der Probe aus. Ein piezoelektrischer Sensor erfasst die Reibkraft.
c. Platte auf Ring Prüfung
Durch ein Auflagegewicht wird die gewünschte Normalkraft, F auf einen Probekörper (in diesem Fall eine plattenförmige Flachprobe) übertragen. Ein ringförmiger standardisierter Gegenkörper aus 100Cr6 rotiert mit der Geschwindigkeit v gegenüber der festeingespannten Flachprobe.
d. Block auf Ring Prüfung
Über eine Hebelkonstruktion wird die gewünschte Normalkraft, F auf einen Probekörper (in diesem Fall eine blockförmige Probe) übertragen. Ein ringförmiger standardisierter Gegenkörper aus 100Cr6 rotiert mit der Geschwindigkeit v gegenüber der festeingespannten Flachprobe.
Die dabei erhaltene tribologische Schicht wird durch die nachfolgende Tabelle 2 beschrieben. Tabelle 2

Flächenmasse des Vliesvorproduktes Konsolidierte Lagenanzahl Konsolidierte Dichte der tribologischen Schicht

~100g/m² 2 1,34–1,4g/cm³

Konsolidierte Dicke der tribologischen Schicht Trägersubstrat

160 μm ST4
Die Ergebnisse der Verschleissprüfungen sind in 1 zusammengefasst.
Wie aus 1 zu entnehmen ist, weisen die erfindungsgemäßen tribologischen Schichten nach Beispiel 1 und 2 gegenüber marktüblichen Produkten deutlich verminderte Verschleißraten in allen gängigen Prüfmethoden, d.h. Platte auf Ring, Fretting sowie Block auf Ring, auf. Die Block auf Ring Prüfung zeigt hierbei mit einer spezifischen Verschleißrate von 0,256 cm³/Nm einen Wert, der das bisher bekannte Niveau des Standes der Technik um den Faktor 5 unterschreitet und damit einen der niedrigst gemessenen Werte überhaupt darstellt.
Auch im „Fretting", also in der Belastung der oszillierenden Schwingverschleißprüfung, zeigen die erfindungsgemäßen tribologischen Schichten eine höchste Performance und damit niedrigste spezifische Verschleißraten (1).
Die erfindungsgemäßen tribologischen Schichten weisen insbesondere bei einer gesamtheitlichen tribologischen Betrachtung der Verschleißwerte nach den verschiedenen Testmethoden, bei verschiedenen Belastungsbedingungen wie „Platte auf Ring", „Fretting" und „Block auf Ring" sowie „Stift auf Scheibe" ein gleichförmig hervorragendes niedriges Verschleißniveau auf. Dies ist in den 2 und 3 in der entsprechenden Graphik dargestellt. Die erfindungsgemäßen tribologischen Schichten vereinigen somit erstmalig als Eigenschaftskombination eine hervorragende Performance im Schwingverschleiß und niedrigste Verschleißraten in den übrigen Prüfungen. Wie die 1 bis 3 weiterhin zeigen, weisen die erfindungsgemässen tribologischen Schichten über ein breites Lagerlastspektrum (breites F_v-Produkt), niedrigste Verschleißraten auf.
Wie 4 zeigt, weisen die erfindungsgemäßen tribologischen Schichten auch bei hohen Umgebungstemperaturen niedrige Verschleißwerte auf. Dies wurde exemplarisch im Stift-auf-Scheibe Versuch bei Raumtemperatur, bei 150 °C und 250 °C für Beispiel 2 dargestellt.

Claims

Tribologische Schicht aus – 40 bis 90 Vol.-% einer Matrix aus mindestens einem Thermoplasten, ausgewählt aus Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyethylen (PE), Polyparaphenylensulfid (PPS), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid, (PA), Polyaramid (AR), Polyester, Polyoxymethylen (POM) oder Polybenzoxazol (PBO), – 10 bis 60 Vol.-% einer Verstärkungsfaser mit einer Faserlänge von 1 mm bis 30 mm, wobei diese anisotrop in der Schicht vorliegt, – 2 bis 50 Vol.-% eines Binders, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyaramiden, wobei der Schmelzpunkt des Thermoplasten unterhalb des Schmelz- bzw. Erweichungspunktes der Verstärkungsfaser und der Schmelzpunkt oder der Zersetzungspunkt des Binders höher liegt als der des Thermoplasten der Matrix.
Tribologische Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfaser ausgewählt ist aus Carbonfasern, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern und/oder organischen Fasern wie Polybenzoxazol (PBO), Polyimid (PI), Polyetherimid (PEI), Polyacrylnitril (PAN), Polyethersulfon (PES), Polyparaphenylensulfid (PPS), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid (PA), Polyester, Polyoxymethylen (POM) oder Polyaramid (AR).
Tribologische Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern eine Mischung von mindestens zwei oder mehr Fasertypen darstellt.
Tribologische Schicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Verstärkungsfaser 6 mm bis 18 mm ist.
Tribologische Schicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tribologischen Zusätze in Form von Pulver, Fasern, Fibriden und/oder nanoskaligen Füllstoffen oder Fasern vorliegen.
Tribologische Schicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 0 bis 30 Gew.-% bezogen auf die Zusammensetzung der Schicht an Additiv enthalten ist.
Tribologische Schicht nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie 60–85 Vol.-% der Thermoplastischen Matrix, 10–30 Vol.-% Verstärkungsfaser, 3–10 Vol.-% Binder und 1–20 Gew.-% bezogen auf die Zusammensetzung der Schicht, an Additiven enthält.
Tribologische Schicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dicke von 10 μm bis 5 mm, bevorzugt von 20 μm bis 250 μm besitzt.
Tribologische Schicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf einem Substrat angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer tribologischen Schicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Faservliesmatte enthaltend mindestens eine erste Faser aus dem Thermoplasten als Schmelzfaser und die mindestens eine Verstärkungsfaser, sowie einen Binder in einem beheiztem Werkzeug verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der mindestens einen Faservliesmatte die mindestens eine Faser des Thermoplasten als Schmelzfaser und die mindestens eine Verstärkungsfaser in einem Dispersionsmittel, bevorzugt Wasser, dispergiert werden, dass dann eine kontinuierliche Vliesbildung auf einem Siebband durch Filtration erfolgt und anschleßend eine Verfestigung und Trocknung der Vliesbahn durchgeführt wird, wobei das Bindemittel während des Dispergierschrittes und/oder während der Vliesbildung zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem schräg laufenden Sieg gearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in Form einer Dispersion zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Binder enthalten ist, der ausgewählt ist aus Fibrillen, Fibriden oder fasrigen Bindern und die Geometrie hinsichtlich des Län gen-Breiten-Höhen-Verhältnisses für jeden einzelnen Parameter im Verhältnis zu einem anderen im Bereich von 1:1 bis 1:100.000 variiert.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive, insbesondere die tribologischen Zusätze, während des Dispergierschrittes und/oder während der Vliesbildung eingebracht bzw. aufgestreut werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive, insbesondere die tribologischen Zusätze, in Form von Pulvern oder Fasern vorliegen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht und die Dicke des Vlieses durch die stoffliche Zusammensetzung der Dispersion und/oder die Zulaufgeschwindigkeit der Dispersion auf das Schrägsieb und/oder dessen Transportgeschwindigkeit gesteuert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung mit auf dem Schrägsieb aufgelegtem Flächengebilde erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faservliesmatte eingesetzt wird, die eine Flächenmasse von 15 bis 500 g/m² aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faservliesmatte eingesetzt wird, die eine Dicke von 100 μm bis 4 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 100 Faservliesmatten, bevorzugt 2 bis 10, verpresst werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Faservliesmatten mit unterschiedlichen Fasertypen verpresst werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass gradierte Faservliesmatten verpresst werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressung bei einem Druck von 0,05 bis 15 N/mm² durchgeführt wird.
Verwendung der tribologischen Schutzschicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 als Axiallager, Radiallager, Kalottenlager, Flachlager, Gleitschienen, Anlaufscheiben, Laufbahnbeschichtung für Gewindemuttern oder Schiebesitze.