Verschleiß- und Energiereduktion
Durch verbesserte Schmiermittellösungen, zum Beispiel bei technischen Kunststoffbauteilen, könnte der Energieverbrauch deutlich reduziert werden. Dr. Alexandra Latnikova vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP im Potsdam Science Park und Moritz Grünewald vom SKZ – Das Kunststoff-Zentrum in Würzburg haben schmierstoffgefüllte Mikrokapseln entwickelt, die bei hohen Temperaturen in Kunststoffe eingearbeitet werden können. So entstehen selbstschmierende Verbundmaterialien, die besonders langlebig sind.
Durch starke Reibungskräfte, die einen erhöhten Energieverbrauch und erheblichen Verschleiß verursachen, können unter anderem Zahnräder in elektronischen Bauteilen verfrüht ausfallen. Eine externe Schmierung durch Öl ist hier aber schlicht nicht möglich. Stattdessen werden derartige Produkte mit Polytetraflourethylen (PTFE), besser bekannt als Teflon, modifiziert. PTFE gehört zur sogenannten Gruppe der per- und polyflourierte Chemikalien (PFAS), die als besonders gesundheits- und umweltschädlich gelten.
Eine Alternative zur Herstellung von selbstschmierenden Verbundwerkstoffen sind Schmierstoffmikrokapseln. „Dabei handelt es sich um winzige, 5 bis 50 Mikrometer große Öltröpfchen, die mit einer sehr dünnen Polymerschale umhüllt sind. Von Reibung und Verschleiß beeinflusst, brechen die Kapseln auf und setzen Schmierstoff frei. So entsteht ein selbstschmierendes System“, erklärt Latnikova.
Die Kapselwände müssen bei der Einarbeitung in den Kunststoff sehr hohe Temperaturen überstehen, ohne sich zu öffnen. Um Bauteile mit hohen mechanischen und thermischen Eigenschaften zu erhalten, wurden verschiedene technische Kunststoffe sowie eine zusätzliche Faserverstärkung untersucht. Forschungsziel war die Entwicklung besonders langlebiger und energiesparender Kunststoffe.
Grünewald hebt hervor: „Mit unseren schmierstoffgefüllten Mikrokapseln können wir Kunststoffbauteile herstellen, die über eine hohe Energie- und Ressourceneffizienz verfügen. Gleichzeitig verzichten wir vollständig auf das problematische PTFE/PFAS und erzeugen weniger Mikroplastik.“ Diese Schmierstoffmikrokapseln können, laut den beiden Forschenden, in technische Kunststoffe bei bis zu 260 Grad eingearbeitet werden. Damit wären sogar Metallbauteile ersetzbar. Infolge dieser Forschungsergebnisse wurden Verfahrensparameter für den Industriemaßstab abgeleitet.
Übrigens: Die Forschenden gehören zu den drei Finalistenteams für den Otto von Guericke-Preis 2023. Die Ergebnisse ihres Forschungsprojektes mit dem Titel „Tribologisch wirksame Pseudofeststoffe für mechanische und thermisch hoch belastete Thermoplastbauteile“ ermöglichen einen Verschleißrückgang von bis zu 85 Prozent beispielsweise bei Kunststoff-Stahl-Paarungen.
Links:
Pseudofeststoffe für mechanisch und thermisch hochbelastete Thermoplastbauteile (youtube.com)
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