Elektrisch leitfähige PTFE-Dichtungsmaterialien für dynamische Anwendungen

Elektrisch leitfähigen Werkstoffe auf PTFE-Basis (Bild: Trelleborg Sealing Solution Germany GmbH)

21.10.2019 Elektrisch leitfähige PTFE-Dichtungsmaterialien für dynamische Anwendungen

Die elektrisch leitfähigen Werkstoffe auf PTFE-Basis (Polytetrafluoroethylen) Turcon® MC1 und Turcon® MC2 von Trelleborg Sealing Solutions sind für den Einsatz in feder- und Elastomer-vorgespannten Dichtungen geeignet.

Entwickelt für die Verwendung in dynamischen Anwendungen, bieten Dichtungen und Lager aus diesen Werkstoffen eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen beweglichen Teilen. Damit kommt man der starken Nachfrage im Markt nach, wenn es um die Elektrifizierung von Antrieben, um Elektromobilität, Sensorik und IoT-Lösungen geht.

Leitfähige Elastomere sind zwar verfügbar, jedoch hauptsächlich für statische Anwendungen. Die derzeit erhältlichen leitfähigen Kunststoffe, die im Spritzgussverfahren eingesetzt werden können, bieten eine geringe Flexibilität und eignen sich weniger für die Abdichtung und für den Einbau in geschlossenen Nuten. Mit Turcon MC1 und Turcon MC2 erfüllt Trelleborg die Anforderungen seiner Kunden an leitfähige Dichtungsmaterialien aus Kunststoff, die wirksam und zuverlässig als Dichtungen und Lager in dynamischen Anwendungen zum Einsatz kommen können. Dank dieser Werkstoffe können Entwickler verbesserte Dichtungsgeometrien auf PTFE-Basis einsetzen und deren Vorteile in solchen Anwendungen nutzen, die eine elektrische Leitfähigkeit erfordern, z.B. in Hydrauliksystemen oder Elektromotoren.

Reines PTFE ist ein hervorragendes Isoliermaterial und bietet einen Widerstand von ca. 2 x 10+17 Ohm-cm. PTFE-Werkstoffmischungen können dann Strom leiten, wenn leitfähige Füllstoffe hinzugefügt werden. Diese müssen sich zudem innerhalb der PTFE-Matrix verbinden. Bisher waren nur PTFE-basierte Werkstoffmischungen mit einer Kohlenstofffüllung über einem bestimmten „Schwellenwert“ leitfähig. Die elektrische Leitfähigkeit wurde bei diesen kohlenstoffgefüllten Werkstoffen auf PTFE-Basis nur zufällig erreicht. Der elektrische Widerstand galt nicht als primäre technische Anforderung. Hiervon unterscheiden sich Turcon MC1 und Turcon MC2: Sie wurden speziell für die elektrische Leitfähigkeit in dynamischen Dichtungsanwendungen entwickelt und ihre Dichtleistung für diese Einsatzbereiche wurde verbessert. Elektrisch leitfähige Dichtungsmaterialien kommen in wichtigen Anwendungen zum Einsatz: Ein Worst-Case-Szenario bei Flugzeugen ist der Blitzschlag. Die statische Aufladung, die beim Flug durch die Luft erzeugt wird, ist jedoch weniger kritisch. Denn die elektrisch leitfähigen Dichtungen in Fahrwerken sorgen z.B. dafür, dass Elektrizität oder statische Aufladung sicher abgeleitet wird.

Bei der Übertragung einer elektrischen Ladung über den Spalt zwischen zwei Komponenten kann es zur Funkenbildung oder zu Streustrom in Maschinen und Systemen, zum Beispiel in Elektromotoren, kommen. Dies kann zu Lochfraß an Geräteteilen und zur Verkohlung von Schmiermittel oder Fett führen. Kommen elektrisch leitfähige Dichtungen oder Lager zum Einsatz, wird das System geerdet, indem ein direkter Pfad zwischen zwei Komponenten geschaffen und dadurch Korrosion vermieden wird.

Signale werden gelegentlich direkt an einen oder von einem Sensor im System gesendet. Diese Signalübertragung wird durch den Einsatz elektrisch leitfähiger Dichtungen oder Lager ermöglicht, da durch sie ein direkter Pfad für das Signal geschaffen wird. Systemhersteller können so komplexere Systeme entwickeln, bei denen auch künstliche Intelligenz genutzt wird – ohne zusätzliche elektrische Schaltungen.

Um die elektrische Leitfähigkeit von Turcon MC1 und Turcon MC2 nachzuweisen, hat man die Werkstoffmischungen in eigenen Laboren umfangreich getestet, u.a. in einem speziellen Prüfstand, der reale Bedingungen simuliert. Die Ergebnisse zeigten für Turcon MC1 und Turcon MC2 einen potenzialfreien Kontaktwiderstand, der auch bei geringem Anpressdruck zu vernachlässigen war (hohe Leitfähigkeit). Auch beim Einsatz mit Öl war der Widerstand gering und die Leitfähigkeit hoch.

Turcon MC1 ist ein mittelstark gefüllter Werkstoff für dynamische Anwendungen, die eine mittlere bis hohe Leitfähigkeit erfordern. Turcon MC2 hingegen ist ein hoch gefüllter Werkstoff für dynamische Anwendungen mit hoher Leitfähigkeit.