TY - THES

T1 - Polymere mikro- und nanoskalige Compounds mit verbesserten tribologischen Eigenschaften

AU - Walluch, Matthias

N1 - gesperrt bis 09-12-2018

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Heutzutage nimmt das Umweltbewusstsein immer mehr zu. Auch Motoren- und Getriebeentwickler suchen ständig nach neuen Wegen den CO2-Ausstoss von Fahrzeugen zu reduzieren. In Getrieben kann dies durch eine Reduktion der Reibungsverluste, welche zwischen der Getriebekette und der für ihren präzisen Lauf verantwortlichen Kettenführung, welche aus Kunststoff gefertigt wird, erreicht werden. Dabei gibt es etliche Angriffspunkte, wie das Layout des Kettentriebs, die Geometrie der Kettenräder oder auch Veränderungen an der Kette, die zu einer Verbesserung der Gleiteigenschaften beitragen können. Eine weitere Möglichkeit um die Verluste zu verringern ist es die Reibung, welche zwischen der Kette und der Kunststoffschiene auftritt, durch eine Modifizierung der Reibpartner zu reduzieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es die Reibungsverluste, welche zwischen Stahl und Kunststoff auftreten, durch eine Modifizierung des Polymers mit unterschiedlichen Mikro- und Nanopartikeln zu erreichen. Dazu wurden zunächst die für den Einsatz als Kettenführung in Frage kommenden Polymere gesucht um mögliche Alternativen zum aktuell eingesetzten Werkstoff zu finden. Dabei fiel die Wahl auf drei Polymere, zwei Polyamide 66, wovon eines auch der aktuell eingesetzte Werkstoff ist, sowie ein Polyamid 46. Diese drei Polymere wurden als Matrixwerkstoff für Compounds mit jeweils 5 Gewichtsprozent unterschiedlicher Nanopartikel eingesetzt. Als Additive kamen unterschiedliche Schichtsilikate, Quarzsande mit sphärischen Partikeln sowie Polytetrafluorethylen (PTFE) zum Einsatz. Aus den 51 Proben (48 Compounds und die drei unmodifizierten reinen Polymere) wurden Platten gepresst, welche in weiterer Folge mit der Pin-on-Disc-Methode auf einem Mikrotribometer auf deren tribologische Eigenschaften geprüft wurden. Neben dem Einfluss der unterschiedlichen Additive auf den Reibwert der einzelnen Compounds in einem geschmierten Reibsystem bei unterschiedlichen Anpresskräften und unterschiedlich Relativgeschwindigkeiten wurde auch der Verschleiß der einzelnen Proben ohne Ölschmierung analysiert. Die Resultate zeigen zunächst, dass die Reib- und Verschleißwerte der ungefüllten Polyamid 66 Typen teilweise deutlich unter jenen des Polyamid 46 liegen. Desweiteren zeig sich, dass sich die Werte der PA 66 Typen vor allem durch die Zugabe von einigen Schichtsilikaten noch weiter verbessern lassen, wogegen die Auswirkungen auf das PA 46 eher gering ausfallen. Den allgemein positivsten Einfluss sowohl auf den Verschleiß als auch auf den Reibkoeffizienten der Polymere hat ein Schichtsilikat. Dieser Filler führt bei allen durchgeführten Prüfungen an allen Materialien zu verbesserten tribologischen Eigenschafften. Der Einsatz von sphärischen Füllstoffen oder PTFE bringt hingegen zu meist keine deutliche Verbesserung mit sich. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen als Grundlage für weitere Versuche und eine weitere Optimierung der tribologischen Eigenschaften der Compounds dienen. Es soll unter anderem der Einfluss der Temperatur auf die Reibzahlen einiger der Compounds ermittelt werden. Desweiteren ist es angedacht den Füllgrad der Polymere zu variieren um einen optimalen Additivanteil zu ermitteln und eventuell auch gefüllte Polymerblends herzustellen.

AB - Heutzutage nimmt das Umweltbewusstsein immer mehr zu. Auch Motoren- und Getriebeentwickler suchen ständig nach neuen Wegen den CO2-Ausstoss von Fahrzeugen zu reduzieren. In Getrieben kann dies durch eine Reduktion der Reibungsverluste, welche zwischen der Getriebekette und der für ihren präzisen Lauf verantwortlichen Kettenführung, welche aus Kunststoff gefertigt wird, erreicht werden. Dabei gibt es etliche Angriffspunkte, wie das Layout des Kettentriebs, die Geometrie der Kettenräder oder auch Veränderungen an der Kette, die zu einer Verbesserung der Gleiteigenschaften beitragen können. Eine weitere Möglichkeit um die Verluste zu verringern ist es die Reibung, welche zwischen der Kette und der Kunststoffschiene auftritt, durch eine Modifizierung der Reibpartner zu reduzieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es die Reibungsverluste, welche zwischen Stahl und Kunststoff auftreten, durch eine Modifizierung des Polymers mit unterschiedlichen Mikro- und Nanopartikeln zu erreichen. Dazu wurden zunächst die für den Einsatz als Kettenführung in Frage kommenden Polymere gesucht um mögliche Alternativen zum aktuell eingesetzten Werkstoff zu finden. Dabei fiel die Wahl auf drei Polymere, zwei Polyamide 66, wovon eines auch der aktuell eingesetzte Werkstoff ist, sowie ein Polyamid 46. Diese drei Polymere wurden als Matrixwerkstoff für Compounds mit jeweils 5 Gewichtsprozent unterschiedlicher Nanopartikel eingesetzt. Als Additive kamen unterschiedliche Schichtsilikate, Quarzsande mit sphärischen Partikeln sowie Polytetrafluorethylen (PTFE) zum Einsatz. Aus den 51 Proben (48 Compounds und die drei unmodifizierten reinen Polymere) wurden Platten gepresst, welche in weiterer Folge mit der Pin-on-Disc-Methode auf einem Mikrotribometer auf deren tribologische Eigenschaften geprüft wurden. Neben dem Einfluss der unterschiedlichen Additive auf den Reibwert der einzelnen Compounds in einem geschmierten Reibsystem bei unterschiedlichen Anpresskräften und unterschiedlich Relativgeschwindigkeiten wurde auch der Verschleiß der einzelnen Proben ohne Ölschmierung analysiert. Die Resultate zeigen zunächst, dass die Reib- und Verschleißwerte der ungefüllten Polyamid 66 Typen teilweise deutlich unter jenen des Polyamid 46 liegen. Desweiteren zeig sich, dass sich die Werte der PA 66 Typen vor allem durch die Zugabe von einigen Schichtsilikaten noch weiter verbessern lassen, wogegen die Auswirkungen auf das PA 46 eher gering ausfallen. Den allgemein positivsten Einfluss sowohl auf den Verschleiß als auch auf den Reibkoeffizienten der Polymere hat ein Schichtsilikat. Dieser Filler führt bei allen durchgeführten Prüfungen an allen Materialien zu verbesserten tribologischen Eigenschafften. Der Einsatz von sphärischen Füllstoffen oder PTFE bringt hingegen zu meist keine deutliche Verbesserung mit sich. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen als Grundlage für weitere Versuche und eine weitere Optimierung der tribologischen Eigenschaften der Compounds dienen. Es soll unter anderem der Einfluss der Temperatur auf die Reibzahlen einiger der Compounds ermittelt werden. Desweiteren ist es angedacht den Füllgrad der Polymere zu variieren um einen optimalen Additivanteil zu ermitteln und eventuell auch gefüllte Polymerblends herzustellen.

KW - pin-on-disc

KW - pin on disc

KW - tribology

KW - wear

KW - friction

KW - PA 66

KW - PA 46

KW - layerd silica

KW - COF

KW - Pin-on-Disc

KW - Pin on Disc

KW - Schichtsililat

KW - Reibkoeffizient

KW - Reibung

KW - Verschleiß

KW - Verschleißkoeffizient

KW - Tribologie

KW - Polyamid 66

KW - PA 66

KW - Polyamid 46

KW - PA 46

M3 - Masterarbeit

ER -