Ob Wasserflasche, Brotdose oder Plastikspielzeug – es gibt unendlich viele Produkte aus Kunststoff. Er findet aber nicht nur im Alltag Verwendung, sondern etwa auch in Bauteilen bei Produktionsanlagen und der Medizintechnik. An der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) arbeiten Forscher daran, Kunststoff mit Eigenschaften auszustatten, die ihn besser vor Verschleiß schützen und so seine Lebensdauer erhöhen. Zum Einsatz kommt hierbei ein Prüfgerät, mit dem die Forscher das Material unter verschiedenen Bedingungen testen.
Kunststoffe kommen häufig in der Industrie zum Einsatz, beispielsweise bei Lagern aller Art, die etwa in Produktionsmaschinen oder Fahrzeugen Verwendung finden. Hier ist er oftmals besser als Metall, sagt Doktorand Nicholas Ecke, der am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe bei Professor Dr. Alois Schlarb im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik die Eigenschaften des Materials erforscht. Wir untersuchen, wie sich Reibung, Verschleiß und Schmierung darauf auswirken und wie sich die Lebensdauer erhöhen lässt. Experten sprechen in diesem Zusammenhang von Tribologie, der Wissenschaft von Reibung, Verschleiß und Schmierung.
Die Kaiserslauterer Ingenieure stellen eigene Kunststoffe her und arbeiten daran, sie resistenter gegenüber Reibung und Verschleiß zu machen. Sie bestehen laut Ecke aus Polymeren, welche die Ingenieure mit bestimmten Füllstoffen versehen. Das Besondere dabei: Die Forscher verändern die Eigenschaften des Kunststoffs – maßgeschneidert für die jeweilige Anwendung. Kohlenstofffasern helfen nach den Worten von Ecke etwa, das Material zu verstärken und den Abrieb zu verringern. Aber auch andere Stoffe kommen hierbei zum Einsatz: Beispielsweise winzige keramische Partikel, die sich positiv auf das Reibungsverhalten auswirken und den Verschleiß senken. Auch an sogenannten reaktiven Kunststoffen arbeiten die Forscher. In ihnen bauen sie verschiedene Materialien ein, die zum Beispiel freigesetzt werden, wenn sich die Temperatur erhöht. Etwa Wasserdampf, der ähnlich wie ein Luftkissenboot fungiere und die Reibung senke. Darüber hinaus können die Wissenschaftler verschiedene Füllstoffe in unterschiedlichen Größen kombinieren.
In ihren Laboren untersuchen die Forscher um Ecke und seinem Kollegen, dem Laboringenieur Dong Hoa Vu, wie es um die Eigenschaften ihrer selbstproduzierten Kunststoffe bestellt ist. Einer ihrer Prüfmaschinen ist das Stift-Scheibe-Tribometer, auch Pin-on-disc genannt. Eine kleine rechteckige Probe (Stift) wird dabei in eine Halterung gespannt. Darüber wird eine Metallscheibe eingesetzt, die direkt auf der Probe aufliegt. In diesem Prüfstand kann sich die Scheibe mehrere Stunden drehen. Dabei geben die Forscher die Geschwindigkeit mittels eines Motors und die Anpresskraft der Scheibe mittels Luftdruck vor, auch die Temperatur lässt sich regeln. An dem Gerät gibt es Sensoren, welche die Anpress- und Reibungskraft messen, ein Infrarotsensor erfasst zudem die Temperatur. Mit einem optischen Abstandsmesser können die Forscher weiterhin direkt den Verschleiß bei der Kunststoffprobe ermitteln. Mit dieser Technik stellen sie nach Aussage von Ecke unterschiedliche Bedingungen nach, denen Bauteile im laufenden Betrieb ausgesetzt sind. Die Messewerte helfen uns, zu sehen, wie sich der Kunststoff verhält.
Am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe auf dem Kaiserslauterer Campus widmen sich die Forscher zum einen den grundlegenden Eigenschaften ihrer Materialien, zum anderen arbeiten sie auch mit Partnern aus der Industrie zusammen, um zu testen, wie sich bestimmte Kunststoffe unter verschiedenen Situationen verhalten.
Kontakt:
Nicholas Ecke, Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe;
E-Mail: nicholas.ecke@mv.uni-kl.de
- www.uni-kl.de
Text zum Titelbild: Die Kaiserslauterer Ingenieure Nicholas Ecke (li.) und sein Kollege Dong Hoa Vu untersuchen die Eigenschaften ihrer Kunststoffe an einer Prüfmaschine, dem Stift-Scheibe-Tribometer (Foto: TUK/Thomas Koziel)
