Mechanismenbasierte Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Kratzversuchen und makroskopischen Gleitexperimenten bei Kunststoff/Metall-Paarungen

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Bennewitz; Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250158768

Reibung und Verschleiß von Gleitkontakten zwischen Polymeren und Metallen hängen in kritischer Weise von der Rauigkeit des metallischen Reibpartners ab. Die Wechselwirkung der Rauheitsspitzen mit der Polymeroberfläche trägt nicht nur zur Reibung bei sondern führt auch zu einem Umpflügen der Oberflächen, zu einer Änderung der Materialstruktur und zur Bildung von Transferfilmen. Die zugrundliegenden Mechanismen werden in Kratzversuchen mit einzelnen Spitzen erforscht. Unser Projekt untersucht die Verbindung zwischen den Mechanismen, die in den mikroskopischen Kratzexperimenten mit einzelnen Spitzen zu Tage treten, und den Ergebnissen makroskopischer Standardtests der Tribologie. In der ersten Phase des Projekts haben wir bereits quantitative Verknüpfungen zwischen den verschiedenen Längen- und Geschwindigkeitsskalen hergestellt. Dazu haben wir Vielfach-Kratzversuche durchgeführt und Spitzen genutzt, die wir aus dem Stahl der makroskopischen Tests hergestellt haben. Als weitere erfolgreiche Strategien zur Verknüpfung von mikroskopischen Phänomenen und makroskopischen Tests haben sich neuartige, hochauflösende Stift-Scheibe-Experimente und Experimente unterhalb und oberhalb der Glasübergangstemperatur erwiesen. In der Fortsetzung des Projekts möchten wir uns drei Aspekten in besonderem Maße widmen. Der Einfluss der inneren Reibung, also der thermomechanischen Materialparameter, auf Reibung und Verschleiß soll ermittelt werden. Außerdem sollen die Mechanismen, die zur Bildung von Transferfilmen an einzelnen Spitzen führen, in Beziehung gesetzt werden zur Schmierung durch Transferfilme auf rauen und glatten Bereichen der Metallgegenkörper. Schließlich sollen der Energieeintrag durch Reibung und erhöhte Temperaturen im Allgemeinen in ihrem Einfluss auf die Viskoelastizität der verschlissenen Oberfläche und die sich daraus ergebende Stabilität untersucht werden. Das Projekt baut auf die sich ergänzenden Erfahrungen der Nanotribologie-Abteilung des INM - Leibniz-Instituts für Neue Materialien in Saarbrücken und des Lehrstuhls für Verbundwerkstoffe an der Technischen Universität Kaiserslautern. Seine Ergebnisse tragen nicht nur zu einem Verständnis der Schlüsselprozesse in der Tribologie von Polymer-Stahl-Paarungen und damit zu einer wissensbasierten Entwicklung neuer Polymer-Tribowerkstoffe bei, sondern etablieren auch neue Methoden der Multiskalen-Tribologie, die auch über diese Materialklasse hinaus Anwendung finden mögen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen