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I ricercatori migliorano le proprietà tribologiche del PACF con la torcia al plasma

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I ricercatori hanno trovato un modo per ridurre l'attrito e migliorare la resistenza all'usura delle parti in plastica in fibra di nylon e carbonio stampate in 3D, come pubblicato in una recente rivista.

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Triboplastica

Le materie plastiche sono resistenti, rigide e leggere, ma si usurano molto rapidamente nelle applicazioni ad alto attrito, come gli ingranaggi o le superfici dei cuscinetti.

Un team di ricercatori di vari istituti austriaci ha trovato il modo di trasformare parti in composito termoplastico PA12 - CF stampate mediante SLS in parti con proprietà tribologiche migliorate, grazie all'applicazione di uno speciale rivestimento applicato con deposizione al plasma a pressione atmosferica (APPD).

I rivestimenti

Esistono mezzi tradizionali per ridurre l'attrito delle materie plastiche, ma sono pieni di compromessi. Le vernici organiche possono ridurre il CoF (coefficiente di attrito), ma hanno la tendenza a consumare il substrato molto rapidamente. Per ridurre il CoF è possibile elettroplaccare le parti in plastica con metalli, ma questi non rispondono bene alla flessione e quindi i rivestimenti si rompono molto facilmente.

Esistono numerosi metodi di rivestimento ad alta temperatura, ma le plastiche non rispondono bene al carico termico di questi processi. Tendono a fondere. In breve, manca la capacità di applicare un'elevata resistenza all'usura a basse temperature di deposizione per le materie plastiche.

I pochi processi adatti, come lo sputtering e l'evaporazione ad arco, sono buoni candidati, ma sono più adatti a piccoli lotti che a grandi produzioni.

Soluzione ottimale

I ricercatori hanno trovato la soluzione in un processo noto come deposizione al plasma a pressione atmosferica, che ha dimostrato di offrire il miglior equilibrio tra resistenza all'usura, flessibilità e capacità produttiva.

Il processo funziona grazie all'alimentazione precisa del rivestimento in polvere in un ugello collegato a una torcia al plasma CC focalizzata. Nel caso di questa ricerca, la polvere era composta da bisolfuro di molibdeno e grafite. La torcia fonde la polvere e, grazie alla sua precisa velocità di avanzamento, colpisce la plastica e si raffredda immediatamente, solidificandosi sulla superficie con uno spessore crescente del film. Il raffreddamento è così rapido che la plastica non si scioglie. L'immagine sottostante mostra il processo della torcia al plasma.

La ricerca ha dimostrato che la composizione e lo spessore del rivestimento sono fattori che influenzano fortemente le prestazioni tribologiche del rivestimento applicato.

I rivestimenti di bisolfuro di molibdeno puro hanno dimostrato di usurarsi rapidamente. Tuttavia, se combinati con la grafite, la resistenza all'usura è aumentata in modo significativo.

È stato dimostrato che, se lo spessore del rivestimento è sufficientemente elevato, è possibile ottenere coefficienti di attrito inferiori a 0,1. Questo valore è quattro volte inferiore a quello dei rivestimenti di molibdeno. Si tratta di un valore quattro volte inferiore al coefficiente di attrito della PA12 non rivestita.

I risultati sono riportati nell'articolo intitolato "Low-friction, wear-protecting coatings on polymers by atmospheric pressure plasma spraying" (rivestimenti a basso attrito e protezione dall'usura su polimeri mediante spruzzatura al plasma a pressione atmosferica), pubblicato sull'ultima rivista Surface and Coatings Technology. È possibile leggere l'articolo a questo link.

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