Tribol. Werkstoffe mit biobasierten Festschmierstoffen

Die Herstellung von Ersatzteilen für verschlissene Bauteile verbraucht weiterhin mehr Primärenergie als beispielsweise die gesamte Luftfahrt vor der Corona-Pandemie. Um tribologische Kunststoffe gemäß den Klimazielen und innerhalb des verbleibenden CO2-Budgets herzustellen, ist ihre konsequente Dekarbonisierung unerlässlich. Während biobasierte Polymere bereits auf dem Markt sind, sind tribologisch funktionskritische Feststoffschmierstoffe wie Graphit und Polytetrafluorethylen (PTFE) noch sehr CO2- und energieintensiv. Grundsätzliche Bedenken hinsichtlich langfristiger Gesundheits- und Umweltschäden („Ewigkeitschemikalien“) bestehen gegenüber PTFE. In Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) wurden deshalb biobasierte Alternativen zu Graphit und PTFE untersucht. Dazu wurden landwirtschaftliche Nebenprodukte pyrolysiert, um ihren Kohlenstoffgehalt zu erhöhen, dann gemahlen und zu einem Verbundwerkstoff mit Matrix aus Polyamid 6 verarbeitet. Bei trocken durchgeführten Gleitversuchen gegen Stahl zeigten diese Werkstoffe Gleitreibungskoeffizienten und Verschleißraten, die nur geringfügig über denen eines Referenzwerkstoffs mit vollsynthetischem Graphit lagen. Die Gleitflächen wiesen nur geringfügige Riefen in Gleitrichtung und keine Anzeichen von Zerrüttung auf. Messungen der Transferfilmbildung demonstrierten, dass deutlich weniger Abrieb auf dem Stahl-Gegenkörper haftete als bei synthetischem Graphit, was das beobachtete Fehlen von adhäsiven Schäden und Ermüdung sowie den geringeren Beitrag der Adhäsion zur Gesamtreibung erklärt. Um Verbundwerkstoffe mit biobasierten Feststoffschmierstoffen verstärkt in die industrielle Anwendung zu bringen, planen das IVW und das ATB eine gemeinsame Kooperation in öffentlich geförderten Projekten mit der Industrie.