Heute werden Kunststoffe in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt — von Haushaltswaren und Maschinenbauteilen über Medizintechnik bis hin zur Raumfahrt.
Mitunter werden Kunststoffe unverändert verwendet; häufig werden jedoch zusätzliche Substanzen beigemischt, um ihre Eigenschaften zu verbessern oder zu verändern. Zu diesen Additiven zählen:
- Stabilisatoren
- Weichmacher
- Füllstoffe
Solche Zusätze können die Leistung verbessern, werden aber mitunter auch eingesetzt, um die Kosten zu senken.
Stabilisatoren schützen vor thermischem Abbau oder UV-bedingter Alterung.
Weichmacher erhöhen die Flexibilität (sie „versoften“ das Harz) und können die mechanische Leistungsfähigkeit sowie die Verarbeitbarkeit verbessern.
In diesem Beitrag steht der dritte Typ im Fokus: Füllstoffe — insbesondere im Kontext von Kunststofflagern.
Füllstoffe kommen je nach Anwendung unterschiedlich zum Einsatz. Manchmal dienen sie der Einfärbung oder der Kostensenkung — im Lagerwerkstoff stehen jedoch funktionale Vorteile im Vordergrund.
Beispiele für häufig verwendete Füllstoffe in Kunststofflagern:
- Kohlenstoff (Pulver oder Fasern)
- Graphit
- Glas (Perlen oder Fasern)
- Molybdändisulfid (MoS2)
- Glimmer (Mica)
- Eisenoxid
- Kupfer
- Keramische Füllstoffe
- Holzmehl oder -fasern
- Andere Kunststoffe (Blends/Faserverstärkung)
Warum werden Füllstoffe in Lager-Kunststoffe eingebracht?
Die häufigsten Gründe sind:
- Verbesserung der Wärmebeständigkeit
- Erhöhung von Festigkeit und Steifigkeit
Weitere Vorteile:
- Erhöhte Verschleißbeständigkeit
- Verbesserte Maßstabilität
- Niedrigerer Reibungskoeffizient (je nach Füllstoff)
Glasfasern erhöhen typischerweise sowohl die Wärmebeständigkeit als auch die Festigkeit. Kohlenstoff und Graphit verbessern vor allem die Verschleißbeständigkeit. Zur Erhöhung der Gleiteigenschaften (niedrigere Reibung) wird häufig Molybdändisulfid (MoS2) eingesetzt — seine schichtartige Kristallstruktur schert unter Reibung besonders leicht.
Kupfer wird in PTFE-basierten Werkstoffen mitunter genutzt, um dank der hohen Wärmeleitfähigkeit Wärme besser abzuführen und so den Verschleiß zu senken.
Die primären Schwachstellen von Kunststofflagern sind Wärme und Druck. Zur Reduktion der Reibungswärme werden niedrigreibende Füllstoffe eingesetzt, um den Reibungskoeffizienten zu verringern. So wird die Wärmeentwicklung minimiert und der Verschleiß reduziert — daher der häufige Einsatz von Kohlenstoff, Glas und MoS2.
Zur Erhöhung von Festigkeit und Druckbeständigkeit verstärken Füllstoffe zudem die von Natur aus geringere Härte bzw. Zähigkeit mancher Harze.
Beispiel: Phenolharze sind an sich spröde (vergleichbar mit hartem Karamell) und werden daher mit Holzmehl oder Baumwollgewebe verstärkt, um hohe Drücke aufnehmen zu können.
Gilt: je mehr Füllstoff, desto besser? Die Antwort lautet: Nein.
Thermoplaste und Duroplaste benötigen intakte molekulare Netzwerke für die Lastübertragung. Zu hohe Füllstoffgehalte stören die Polymerketten-Interaktion; die Matrix kann Lasten schlechter übertragen. Überfüllung führt häufig zu verminderter Zugfestigkeit und Zähigkeit.
Beispiel PTFE: Vergleicht man 15 % mit 25 % Füllstoffgehalt, ist die 25 %-Variante in der Regel härter und druckfester, kann jedoch weniger duktil werden und Schlagenergie schlechter aufnehmen. Mitunter sinkt die Zugfestigkeit und das Material wird spröder.
Der optimale Füllstofftyp und -gehalt hängt stets sowohl vom Basispolymer als auch von der Anwendung ab (Last, Geschwindigkeit, Temperatur, Umgebung).
Unsere Expertise bei Kashima Bearings:
- Den passenden Füllstoff auswählen
- Die geeignete Dosierung festlegen
- Und mit dem richtigen Lagerkunststoff kombinieren
Gern beraten wir Sie zur Werkstoffauswahl — kontaktieren Sie uns jederzeit. Wir helfen Ihnen weiter.
