Schmierstoffverträglichkeit von Polymerwerkstoffen
FVA 845 I | IGF-Nr. 20375 N
Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Schmierstoff-Kunststoff-Wechselwirkungen und mechanischen sowie tribologischen Eigenschaften zur verbesserten Materialauswahl
Es wurde ein Handlungsablauf zur Beurteilung der Wirkung von Schmierstoffen auf tribologische Eigenschaften von Kunststoffen abgeleitet und ein Vorschlag für einen Prüfablauf entwickelt. Hierfür wurden Zusammenhänge zwischen der Schmierstoff-Polymerwechselwirkung und tribologischen Eigenschaften untersucht. Die Experimente wurden an den für tribologische Anwendungen typischen Polymeren Polyoxymethylen (POM), Polyketon (PK) und Polyamid 4.6 (PA46) in Kombination mit polaren und unpolaren Polyalkylenglykol-Ölen (pPG bzw. uPG), einem esterbasierten Öl (EST) und einem Öl auf Basis von Polyalphaolefin (PAO) durchgeführt. Eine Alterung der Polymere im Öl erfolgte bei 100°C, 130°C und 160°C unter Luftatmosphäre sowie unter Ausschluss von Sauerstoff für Zeiträume zwischen 4 und etwa 100. Analysiert wurden u. a. Abriebrate und Haftreibung, Schubmodul und Mikrohärte (ortsaufgelöst), Sorption (z. T. ortsausgelöst) und Diffusion sowie Molmasse, Kristallinität und Grenzflächenenergien.
Die Zusammenhänge zwischen alterungsbedingten Veränderungen der Polymere und ihrem tribologischen Verhalten (Siehe Bild 2) wurden für die Sorption (Quellung), die Mikrohärte, das Schubmodul und Grenzflächenenergien gefunden. Bei quellenden Systemen (POM+pPG, POM+uPG, POM+EST, PK+pPG) lässt sich der Zusammenhang zwischen Eigenschaftsveränderungen der Materialien und dem tribologischen Verhalten durch die Weichmachung der Kunststoffe durch die Absorption der Schmierstoffe erklären und mit empirischen Formeln beschreiben. Für die untersuchten Systeme ergibt sich z. B. mit zunehmender Quellung der Polymere eine Abnahme von Schubmodul und Mikrohärte und eine Zunahme der Abriebrate. Für die nichtquellenden Systeme sind diese Abhängigkeiten meist schwächer ausgeprägt, wobei z. B. Oberflächenrauigkeit oder Anpressverhalten zu betrachten sind. Der daraus entstandene Handlungsablauf zur Beurteilung und der Vorschlag für einen Prüfablauf können Firmen helfen, die Eignung einer Schmierstoff-Polymer-Kombination für tribologische Anwendungen mit einfachen Experimenten abzuschätzen.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20375 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
