SKZ und IAP entwickeln selbstschmierende Verbundwerkstoffe

Hohe Reibungskräfte sind eine der häufigsten Ursachen für Schadensfälle bei tribologisch beanspruchten Kunststoffbauteilen. Reibungsminderung, Verschleißschutz und damit auch die Senkung des Energieverbrauchs – so lässt sich die Lebensdauer von Bauteilen verlängern.

Flüssige und pastöse Schmiermittel

Die reibungsmindernden Additive für Kunststoffbauteile beschränken sich überwiegend auf Trockenschmierstoffe. Ziel der Untersuchungen war es daher, auch den Einsatz von flüssigen und pastösen Schmiermitteln zu ermöglichen. Diese zeichnen sich durch eine bessere Verteilung und eine größere stoffliche Vielfalt aus. Daher lassen sie sich besser an die jeweilige Kunststoffmatrix anpassen. Flüssige und pastöse Schmierstoffe konnten bisher ausschließlich durch externe Zugabe oder aufwändige Vorrichtungen dosiert werden.

Mikrokapseln mit Flüssigschmierstoffen

In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben des SKZ und des Fraunhofer IAP wurden mit Flüssigschmierstoffen gefüllte Mikrokapseln entwickelt. Diese wurden in tribologisch funktionalisierte thermoplastische Compounds überführt. Bei mechanischer Beanspruchung brechen die Kapseln auf und setzen den Schmierstoff bedarfsgerecht frei, sodass die Reibung an der beanspruchten Stelle minimiert wird. Diese mit flüssigen Schmierstoffen gefüllte Mikrokapseln vereinen zwei Welten: Sie lassen sich als Pulver wie Trockenschmierstoffe verarbeiten, wirken aber nach ihrer Freisetzung wie Flüssigschmierstoffe.

Die mit Flüssigschmierstoffen gefüllten Mikrokapseln brechen bei mechanischer Beanspruchung auf und setzen den Schmierstoff bedarfsgerecht frei. (Bildquelle: SKZ)

Zunächst galt es, die Verarbeitungsparameter zur Herstellung der Mikrokapseln zu optimieren. Im Folgenden wurde die Einarbeitung der Kapseln in die Kunststoffe wie PP, POM und PA 6 sowie die Weiterverarbeitung der Compounds untersucht. Da während des Compoundier- oder Spritzgießprozesses idealerweise keine Schädigung der Mikrokapseln auftreten soll. Die Effektivität der selbstschmierenden Verbundwerkstoffe wurde schließlich in tribologischen Untersuchungen durch deutliche Reibungs- und Verschleißminderungen bestätigt.

Das IGF-Vorhaben 19921 BG der Forschungsvereinigung FSKZ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. (jhn)