Hochleistungs-Polymerkomposite für Tribosysteme in Wasserstoffumgebung

• Antragsteller: Dr. Thomas Gradt
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233839405

In dem Forschungsvorhaben sollen polymere Verbundwerkstoffe auf Basis von Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyimid (PI) auf ihre Eignung für Reibsysteme in gasförmigem und flüssigem Wasserstoff untersucht werden. PEEK eignet sich aufgrund seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften sehr gut für reibbeanspruchte Komponenten und wird dort bereits vielfach als Ersatz für metallische Werkstoffe eingesetzt. PI ist im Vergleich zu PEEK in einem noch größeren Temperaturbereich einsetzbar und soll deshalb in die Untersuchungen einbezogen werden. Als Festschmierstoff-Komponente soll den Polymeren natürlicher oder synthetischer Graphit in unterschiedlichen Anteilen beigemengt werden. In einer späteren Phase des Vorhabens ist eine Materialoptimierung durch Zusatz von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder Nanopartikeln vorgesehen. Da Wasserstoff führende Bauteile auch mit Luft in Berührung kommen und aus Sicherheitsgründen vor Lufteinlass inertisiert werden müssen, gehört eine problemlose Funktion auch an Luft sowie in Inertgasen wie z.B. Stickstoff zu den Anforderungen an die entsprechenden reibbeanspruchten Komponenten. Deshalb werden auch Versuche an Luft und, stellvertretend für inerte Umgebung, in Vakuum durchgeführt. Die Reibungs- und Verschleißkenngrößen werden in Modellsystemen bei Gleitreibung gegen Wälzlagerstahl und austenitischen, rost- und säurebeständigen Stahl ermittelt. Das Reibverhalten sowohl der Polymere als auch das des Graphits wird erheblich durch das Umgebungsmedium beeinflusst. Deshalb soll besonderes Augenmerk auf Veränderungen der Reibmechanismen bei wechselnder Umgebung sowie auf tribochemische Reaktionen in Wasserstoffumgebung gelegt werden. Hierfür werden die Topographie und chemische Zusammensetzung der Reibflächen und ggf. der gebildeten Transferfilme untersucht. Zusätzlich, auch in Hinblick auf den Einsatz in Bereichen mit hohen Reinheitsanforderungen an das H2-Gases, wird auch das Ausgasungsverhalten der Werkstoffe sowie eventuell entstehende Abriebpartikel untersucht. Letztere können unter Umständen sogar eine potentielle Zündquelle darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Institution: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM); Ensinger Sinitmid GmbH; Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)