Prämierung für SKZ-Forschungsprojekt zu selbstschmierenden Kunststoffbauteilen

Nahezu ein Viertel des weltweiten Energieverbrauchs können allein auf Reibungsverluste zurückgeführt werden. Die Entwicklung von innovativen Lösungen, wie selbstschmierende Systeme, ist somit von hoher Relevanz. Voruntersuchungen zeigten, dass durch die Verwendung von Schmierstoffmikrokapseln in Kunststoffen Reib- und Verschleißwerte reduziert werden können. Die Kapseln brechen durch Reibung auf und führen dadurch zur Selbstschmierung. Erkenntnisse im kg-Maßstab und zu kontinuierlichen, industrierelevanteren Verarbeitungsmethoden in Thermoplasten fehlten hingegen vollständig. Diese Lücke zur Überführung der Grundlagenerkenntnisse in die Praxis galt es im Forschungsprojekt zu schließen.

Schmierstoffgefüllte Mikrokapseln werden bei hohen Temperaturen in Kunststoffe eingearbeitet
Dr. Alexandra Latnikova vom Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung IAP aus Potsdam entwickelt schmierstoffgefüllte Mikrokapseln, die bei Temperaturen von bis zu 260 °C in Kunststoffe eingearbeitet werden können. „Bei Schmierstoffmikrokapseln handelt es sich um 5 bis 50 µm große Öltröpfchen, die mit einer sehr dünnen Polymerschale umhüllt sind“, erklärt die Forscherin vom Fraunhofer IAP. „Im Projekt konnte gezeigt werden, dass unterschiedlichste marktverfügbare Öle verkapselt und wie ein Pulver in den Kunststoff eingearbeitet werden können“, so Latnikova weiter.

Kapseln werden nicht zerstört
Am SKZ wurde untersucht, wie diese Mikrokapseln in verschiedene technische Kunststoffe (z.B.: POM, PA6, PA6.6) eingearbeitet und zu Bauteilen über das Spritzgießen geformt werden können, ohne die Kapseln zu zerstören. Moritz Grünewald, Forscher in der Gruppe der Materialentwicklung, hebt hervor: „Wir konnten im Projekt Kunststoffcompounds im kg-Maßstab herstellen und sogar zusätzliche Verstärkungsfasern mit einarbeiten, ohne die Mikrokapseln bereits während der Verarbeitung zu zerstören. Anschließende tribologische Untersuchungen zeigten im Kunststoff-Stahl-Kontakt einen hohen Rückgang von Reibung und Verschleiß um bis zu 85 Prozent.“

Ideal für Kunststoffe, die Reibung ausgesetzt sind
Der entwickelte Kunststoff ist die ideale Lösung für Bauteile, welche Reibung ausgesetzt sind – darunter etwa Lagerbauteile oder Gleitschienen. Insbesondere bei Komponenten, welche nicht von außen zugänglich sind, haben selbstschmierende Systeme einen großen Vorteil. So sind beispielsweise Zahnräder in Elektronikbauteilen eine mögliche Anwendung. Kommt es hier zu einem verschleißbedingten Ausfall eines Zahnrads, ist dies in der Regel mit einem Totalversagen des kompletten Geräts verbunden. Hier kann die Entwicklung dazu beitragen, die Lebensdauer von Produkten deutlich zu steigern und damit wertvolle Ressourcen zu sparen.

PFAS-freie Alternative
Derzeit wird PTFE als interner Schmierstoff in Kunststoffen eingearbeitet, um Reibung zu verringern. Kunststoff/PTFE-Compounds zeigten in vergleichenden tribologischen Analysen höhere Reib- und Verschleißwerte. Außerdem gehört PTFE zu der Gruppe der per- und polyflourierten Chemikalien (PFAS), die als besonders gesundheits- und umweltschädlich gelten und deshalb in ihrem Einsatz eingeschränkt werden könnten. Schmierstoffmikrokapseln stellen hier eine PFAS-freie Alternative dar.

„Echter Nutzen für die Gesellschaft“
Mit diesen wissenschaftlichen Erkenntnissen konnten die Forschenden die Jury für den Otto von Guericke-Preis überzeugen, die das Projekt in die TOP 3 der diesjährigen Forschungsprojekte prämierte. Für die Jury ist neben der wissenschaftlichen Innovation eine hohe Praxisrelevanz von großer Bedeutung. Das Projekt (IGF 21707 BG) wurde im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) unter Beteiligung von 26 Firmen gefördert. Die teilnehmenden Firmen stammten entlang der kompletten Wertschöpfungskette und testeten die Materialien im anwendungsnahen Umfeld. SKZ-Vorstandsvorsitzender Prof. Dr.-Ing. Martin Bastian würdigt das ausgezeichnete Forschungsprojekt: „In der Wissenschaft reden wir von Sprunginnovationen. Solche Sprunginnovationen braucht die Wirtschaft, braucht der Mittelstand.“ Diese würden dazu führen, dass Energiekrisen oder auch die Klimakrise bewältigt werden können. „Dieses Projekt ist also ein Paradebeispiel für vorwettbewerbliche Forschung, die echten Nutzen in unserer Gesellschaft stiftet“, so Bastian weiter. Die Auszeichnung des Projekts fand in Berlin unter Beteilung von Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik statt.

Weiterführende Informationen zum Projekt gibt es in einem vierminütigen Film

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