Gezielte Nutzung der chemischen Umwandlung von Magnesiumhydroxid — ein neuer Ansatz für die Polymertribologie

  • Getrieben durch nötige Energie- und Kosteneinsparungen finden Kunststoffe vermehrt Anwendung als Primärkomponenten in tribologischen Systemen. Der Trend zeichnet sich durch stete Forschung und Entwicklung hinsichtlich der Effektivität unterschiedlicher Materialkombinationen zur Reduktion von Reibung und Verschleiß aus, wobei die reibinduzierte Wärme zu den größten Herausforderungen zählt. Insbesondere bei variablen Lastbedingungen sowie beim Einsatz technischer Thermoplaste wirkt sich die Kontakttemperatur negativ auf die Leistungsfähigkeit des Systems aus. Die gezielte Nutzung chemischer Umwandlungsprozesse durch Einbringung reaktiver Füllstoffe wie Magnesiumhydroxid verspricht Abhilfe. Die Arbeit befasst sich mit dem Einfluss dieses Füllstoffes auf die werkstofflichen Eigenschaften eines Polyamid 66 und beleuchtet durch umfassende tribologische und oberflächenanalytische Methoden dessen grundlegende Wirkmechanismen. So konnte eine durch Reibungswärme induzierte Umwandlung bestätigt werden, die jedoch eine Schwachstelle im niedrigen Lastbereich aufgrund eines kurzzeitig ungünstigen Zusammenspiels tribochemischer und abrasiver Effekte hervorruft. Im Vergleich zu einer ungefüllten Referenz und zwei Kontrollmaterialien wird insgesamt eine deutliche und über ein großes Lastspektrum stabile Leistungssteigerung erreicht, wobei die Wirkung der Reaktionspartikel durch das Verhindern von Schäden an den integrierten Fasern sowie durch einen reaktionsumsatzabhängigen Vernarbungseffekt hervorsticht. Die Nutzung von Stoffen wie Magnesiumhydroxid stellt einen neuen Ansatz für die Polymertribologie dar und könnte zukünftig intelligente Werkstoffe hervorbringen, die durch lastabhängige Beeinflussung des tribologischen Kontakts dynamisch auf veränderliche Umgebungsbedingungen reagieren.
  • Driven by necessary energy and cost savings, plastics are increasingly applied as primary components in tribological systems. The trend is marked by research and development regarding the effectiveness of different material compositions in reducing friction and wear, in which friction induced heat is one of the main challenges. The contact temperatures have a negative impact on the system’s performance, particularly during variable loading profiles or when using engineering thermoplastics. The systematic use of chemical transformation processes by incorporating reactive fillers like magnesium hydroxide promises a solution. The thesis examines the influence of this filler on the mechanical and thermal properties of a polyamide 66 and, through extensive tribological and surface analytical methods, illuminates the fundamental modes of action. The chemical transformation, initiated by friction induced heat, was confirmed. It introduced a weak spot in low load segments due to a temporary unfavourable interaction between tribochemical and abrasive effects. Compared to an unfilled reference and two control materials, a significant and stable performance increase was achieved over a wide load spectrum. By impeding damage on the integrated fibres and by a reaction turnover dependant scarring effect, the released reaction particles have the highest impact. The use of substances like magnesium hydroxide presents a new approach in polymer tribology and could potentially establish smart materials that are able to dynamically react to changing circumstances via a load-dependant manipulation of the tribological contact.

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Metadaten
Author:Sebastian KamerlingORCiD
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-66610
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6661
Advisor:Alois K. SchlarbORCiD
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Date of Publication (online):2021/11/24
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/10/27
Date of the Publication (Server):2021/11/30
Tag:Blitztemperatur; Polymertribologie
GND Keyword:Tribologie; Polyamide; Polyamid 66; Magnesiumhydroxid; Kunststoff; Kunststofftechnik; Reibung; Verschleiß; Verschleißprüfung
Page Number:XVII, 144
Faculties / Organisational entities:Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell (CC BY-NC 4.0)