Längere Lebensdauer durch bedarfsgerechte Schmierung SKZ und IAP entwickeln neuartige, selbstschmierende Verbundwerkstoffe

Dem SKZ ist es in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP erstmals gelungen, schmierstoffgefüllte Mikrokapseln in thermoplastische Kunststoffe einzuarbeiten und auf diese Weise selbstschmierende Verbundwerkstoffe herzustellen.

Hohe Reibungskräfte sind eine der häufigsten Ursachen für Schadensfälle bei tribologisch beanspruchten Kunststoffbauteilen. Reibungsminderung, Verschleißschutz und damit auch die Senkung des Energieverbrauchs waren wesentliche Aufgabenstellungen zur Verlängerung der Lebensdauer der eingesetzten Bauteile, verbunden mit einer Schonung von Ressourcen.

Die reibungsmindernden Additive, die derzeit für die Einarbeitung in Kunststoffbauteile zur Verfügung stehen, beschränken sich überwiegend auf Trockenschmierstoffe. Ziel der Untersuchungen war es daher, auch den Einsatz von flüssigen bzw. 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/pastöse Schmierstoffe konnten bisher ausschließlich durch externe Zugabe oder aufwändige Vorrichtungen dosiert werden.
Mit flüssigen Schmierstoffen gefüllte Mikrokapseln vereinen die Vorteile aus beiden Welten. Sie lassen sich als Pulver wie Trockenschmierstoffe verarbeiten, wirken aber nach ihrer Freisetzung wie Flüssigschmierstoffe.


In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben des SKZ und des Fraunhofer IAP wurden mit Flüssigschmierstoffen gefüllte Mikrokapseln entwickelt und erfolgreich 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.

In der Kooperation der beiden Forschungsinstitute wurden zunächst die Verarbeitungsparameter zur Herstellung der Mikrokapseln optimiert. 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- bzw. Spritzgießprozesses idealerweise keine Schädigung der Mikrokapseln auftreten soll. Die Effektivität der innovativen, selbstschmierenden Verbundwerkstoffe wurde schließlich in umfassenden tribologischen Untersuchungen durch deutliche Reibungs- und Verschleißminderungen bestätigt.

Die Ergebnisse des Vorhabens erlauben interessierten Firmen sowohl die Entwicklung neuer als auch die Optimierung bestehender tribologisch beanspruchter Kunststoff-Teile.

Das IGF-Vorhaben 19921 BG der Forschungsvereinigung FSKZ e.V. wurde dankenswerterweise 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.

Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.

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