SKZ + Fraunhofer IAP: Schmierstoffmikrokapseln verringern Reibung und Verschleiß in Thermoplasten

Schmierstoffmikrokapseln in PP-Matrix für geringere Reibung und Verschleiß (REM-Aufnahme) - (Bild: SKZ)

Im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsvorhabens ist es dem SKZ in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gelungen, erstmals mit Flüssigschmierstoffen gefüllte Mikrokapseln zu entwickeln und zerstörungsfrei in thermoplastische Kunststoffe einzucompoundieren.

"Schmierstoffgefüllte Mikrokapseln vereinen die Vorteile aus beiden Welten", sagt M. Sc. Moritz Grünewald vom SKZ in Würzburg. "Sie lassen sich als Pulver wie Trockenschmierstoffe verarbeiten, wirken aber nach ihrer Freisetzung wie flüssige Schmiermittel - die Handhabung ist einfach und die Resultate sind sehr effektiv." Dipl.-Ing. Monika Jobmann vom Fraunhofer IAP ergänzt: "Bei mechanischer Beanspruchung werden die Kapseln aufgebrochen und der Schmierstoff bedarfsgerecht freigesetzt, so dass die Reibung an der beanspruchten Stelle minimiert werden kann."

Im Forschungsvorhaben wurden zunächst je 10 % verkapselte Schmierstoffe mittels Compoundierung in PP und POM eingearbeitet. An Bruch- und Schnittflächen wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie geprüft, ob die Kugeln diesen scherintensiven Prozessschritt überstanden hatten. Anschließend wurde in unterschiedlichen tribologischen Anordnungen, z.B. am oszillierenden Reibungs- und Verschleißprüfstand, bewertet, wie effektiv diese Modifikationen waren. "Je nach Kapselwand und Schmierstoff haben wir die Reibungseffekte sehr deutlich gesenkt - den Reibkoeffizienten bei POM von 0,26 auf 0,07 bei einer Reibstrecke von 20 km", erläutert Moritz Grünewald. "Damit konnte gegenüber dem unmodifizierten Kunststoff ein um bis zu 85 Prozent geringerer Verschleiß gemessen werden." Monika Jobmann berichtet weiter: "Natürlich haben die Projektpartner unsere Ergebnisse umgehend aufgegriffen und uns vor die nächste Herausforderung gestellt: Die Übertragung auf technische Thermoplaste, die bei höheren Temperaturen verarbeitet und eingesetzt werden. Dazu müssen wir unsere bisherigen Kapselwandmaterialien wie Melaminharz, Gelatine oder Polyurethan erweitern und die zugehörige Verfahrenstechnik anpassen." Beide Forschungseinrichtungen planen bereits die hierzu notwendigen Folgearbeiten.

Hohe Reibungskräfte sind eine der häufigsten Ursachen für Schadensfälle bei tribologisch beanspruchten Kunststoffbauteilen. Reibungsminderung, Verschleißschutz und damit letztlich auch die Senkung des Energieverbrauchs sind somit eine wesentliche Aufgabenstellung zur Verlängerung der Lebensdauer der eingesetzten Bauteile verbunden mit einer Schonung von Ressourcen. Die derzeit verfügbaren, reibungsmindernden Additive beschränken sich überwiegend auf Trockenschmierstoffe. Demgegenüber bieten flüssige/pastöse Schmiermittel den Vorteil einer besseren Verteilung im Bedarfsfall. Sie können bisher jedoch ausschließlich durch externe Zugabe oder aufwendige Vorrichtungen dosiert und somit als funktionelle Komponente in den Kunststoff eingebracht werden.

Das IGF-Vorhaben 19921 BG der Forschungsvereinigung FSKZ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Teilnehmer bedanken sich für die Unterstützung.

Weitere Informationen: www.skz.de

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg

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