Neue verschleißarme Tribowerkstoffe für Kunststoff-Bauteile

Wissenschaftler aus dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF) präsentieren auf der Werkstoffmesse MATERIALICA vom 21. bis 23. September in München ihre neuesten Forschungsergebnisse bei der Entwicklung von Materialien mit herausragenden Gleitreibungs- und Verschleißeigenschaften, den so genannten Tribowerkstoffen.

Bereits vor einigen Jahren hatten die Dresdner Wissenschaftler um Dr. Dieter Lehmann auf diesem Gebiet für Aufsehen gesorgt: Weltweit war es erstmals gelungen, den Hochleistungskunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE, besser bekannt unter dem DuPont-Markennamen Teflon, z. B. aus Antihaftbeschichtungen) chemisch mit dem technischen Kunststoff Polyamid zu koppeln und so einen Werkstoff zu erhalten, der gleichermaßen die ausgezeichneten anti-adhäsiven und Gleiteigenschaften des PTFE und die sehr guten mechanischen und Verarbeitungseigenschaften von Polyamid besitzt. Bauteile aus solchen PTFE-PA-Werkstoffen wurden seither erfolgreich für Anwendungen, u. a. im Automobilbau, getestet. Die exzellente Verschleißfestigkeit unter Einsatzbedingungen schon bei relativ geringen Einsatzmengen von PTFE und die daraus resultierende wesentlich höhere Lebensdauer der Bauteile lassen eine baldige Überführung in die Praxis erwarten.

Parallel dazu haben die Forscher aus dem IPF daran gearbeitet, PTFE auch mit anderen industriell genutzten Kunststoffen chemisch zu koppeln. Dass dies möglich ist, konnte im Rahmen eines DFG-Projektes für verschiedene thermoplastische, duromere und elastomere Kunststoffe nachgewiesen werden. Dabei wurden erneut überraschende und bahnbrechende Ergebnisse erzielt. So wurde ein ganz neues Syntheseprinzip gefunden und weiterentwickelt. Es macht das Verfahren der chemischen Kopplung von PTFE mit Kunststoffen noch einfacher und kostengünstiger. Bei der chemischen Funktionalisierung, durch die PTFE-Mikropulver überhaupt erst kopplungsfähig gemacht werden, kann der Zusatz von Initiatoren eingespart werden.

Für Kunststoffe mit olefinischen Doppelbindungen, wie zum Beispiel das weit verbreitete ABS und verschiedene Elastomere, kann dieser Prozessschritt sogar entfallen. Die Kopplung erfolgt direkt während der Kunststoffverarbeitung im Extruder. Das stellt nochmals einen enormen technologischen Vorteil dar und eröffnet eine völlig neue Herangehensweise auf dem Gebiet der chemisch gekoppelten PTFE-Kunststoff-Materialien, die in Kooperation mit der Industrie zu neuen Produkten und Anwendungen führen wird.

Erste Untersuchungen zu den Materialeigenschaften, die in Kooperation mit Projektpartnern in Aachen, Erlangen und Dresden* durchgeführt wurden, zeigen bereits, dass auch diese neuen Verbundmaterialien sehr niedrige Reibwerte und hohe Verschleißfestigkeiten aufweisen, was sich sehr positiv auf die Lebensdauer von Bauteilen auswirken wird.

*) Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen, Lehrstuhl für Kunststofftechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik an der TU Dresden