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Applicazione dei materiali compositi PEEK nei cuscinetti scorrevoli

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Ottimizzazione delle prestazioni

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I cuscinetti sono componenti meccanici che supportano le parti rotanti sugli alberi. In base ai loro principi di funzionamento, i cuscinetti possono essere suddivisi in due tipi: cuscinetti ad attrito volvente (cuscinetti volventi) e cuscinetti ad attrito radente (cuscinetti radenti).

I cuscinetti radenti hanno i vantaggi di una struttura semplice, dimensioni radiali ridotte, forte capacità di carico, buone prestazioni di assorbimento degli urti, funzionamento stabile, bassa rumorosità e lunga durata. Sono ampiamente utilizzati in vari settori, come gli alberi a gomito dei motori a combustione interna, gli alberi di propulsione delle navi, le attrezzature marine, i macchinari idraulici e i riduttori delle turbine eoliche.

Tuttavia, i cuscinetti radenti devono affrontare una notevole resistenza all'attrito iniziale ed è difficile garantire uno stoccaggio sufficiente dell'olio lubrificante. In caso di forti impatti ripetuti, i cuscinetti radenti sono soggetti a slittamento dell'interfaccia, causando il contatto tra il rivestimento del cuscinetto e il perno dell'albero. Ciò può provocare il distacco del materiale di rivestimento del cuscinetto, l'abrasione da fatica della superficie interna e portare a guasti come il grippaggio dell'albero e la bruciatura del cuscinetto.

L'uso di materiali autolubrificanti nei cuscinetti a strisciamento può migliorare efficacemente le prestazioni di attrito e usura, ridurre la resistenza all'attrito iniziale e consentire il normale funzionamento a breve o lungo termine senza lubrificazione. Pertanto, l'applicazione di materiali autolubrificanti nei cuscinetti a strisciamento è diventata uno dei punti caldi della ricerca attuale.

Il PEEK è un materiale autolubrificante comunemente utilizzato per i cuscinetti radenti, con buone caratteristiche di resistenza all'usura, stabilità chimica e dimensionale. Tuttavia, il materiale PEEK puro utilizzato nei cuscinetti radenti deve affrontare sfide quali la necessità di una maggiore adesione superficiale, la difficoltà di soddisfare i requisiti ingegneristici per la resistenza all'usura e le difficoltà di lavorazione e modellazione. Pertanto, è comune modificare il PEEK per produrre materiali compositi in PEEK con prestazioni globali superiori per i cuscinetti radenti.

I materiali compositi in PEEK hanno bassi coefficienti di attrito e bassi tassi di usura. I cuscinetti prodotti con materiali compositi in PEEK presentano eccellenti proprietà autolubrificanti e una buona resistenza alla temperatura. Inoltre, presentano eccezionali proprietà meccaniche, resistenza alla fatica, resistenza alla corrosione, leggerezza e stabilità dimensionale. Attualmente sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni.

Attualmente, i cuscinetti radenti autolubrificanti utilizzano ampiamente materiali compositi non metallici e metallici. La struttura è costituita principalmente da una matrice (acciaio) + liner (polimero autolubrificante), o da una matrice (acciaio) + strato intermedio (lega) + liner (polimero autolubrificante). Il PEEK, come materiale polimerico autolubrificante comunemente utilizzato per i cuscinetti radenti, ha un coefficiente di attrito di circa 0,48 a temperatura ambiente, un tasso di usura di circa 14×10-6mm3/N-m, un punto di fusione di circa 344°C e una temperatura di transizione vetrosa di circa 143°C. Possiede elevata resistenza, tenacità e modulo, oltre a eccellenti caratteristiche di isolamento, resistenza alle alte temperature, resistenza all'idrolisi e alle radiazioni.

Il materiale PEEK puro deve affrontare sfide quali la necessità di una maggiore adesione superficiale, la debolezza del legame con altri materiali, la suscettibilità all'espansione termica, alla deformazione termica e alla fatica termica, nonché le difficoltà di lavorazione e modellazione dovute alla scarsa fluidità della fusione e alle elevate temperature di lavorazione. Per ovviare a queste carenze, il PEEK viene spesso sottoposto a trattamenti di modifica per ottenere materiali compositi in PEEK con prestazioni globali superiori.

I metodi di modifica del PEEK includono principalmente la modifica della superficie, la modifica del rinforzo delle fibre, la modifica del riempimento delle particelle e la modifica della miscela di polimeri.

La modifica della superficie comporta il cambiamento della struttura della superficie del materiale PEEK attraverso metodi chimici o fisici per migliorarne le proprietà di attrito e usura, le proprietà termodinamiche e la forza di legame con altri materiali.

La modifica del rinforzo in fibra prevede l'utilizzo di CF, GF e vari whisker come riempitivi per modificare il PEEK, preparando così materiali compositi in PEEK con un'elevata resistenza all'usura.

La modifica con riempimento di particelle mira a migliorare la capacità di carico e la resistenza del film di trasferimento del materiale PEEK mediante il riempimento con cariche inorganiche, riducendo così l'attrito e l'usura.

La modifica della miscela di polimeri prevede la miscelazione del PEEK con polimeri con elevate temperature di transizione vetrosa per migliorarne le prestazioni termiche.

Sulla base dell'uso pratico, l'ARKPEEK è stato sviluppato in ARKPEEK-CF30 e ARKPEEK-MOD. Grazie alle loro efficienti prestazioni, sono oggi ampiamente utilizzati per soddisfare le esigenze specifiche dei cuscinetti radenti. Per informazioni più dettagliate, contattateci.