06.05.2021 - Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

Mikrokapseln ermöglichen selbstschmierende Kunststoffe

Kunststoffbauteile mit längerer Lebenszeit

23 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs können auf Reibungsverluste zurückgeführt werden. Bauteile mit reduzierter Reibung stellen daher einen wichtigen Beitrag dar, um Ressourcen zu schonen und Klimaschutzziele zu erreichen. Bei Kunststoffen kann geringere Reibung auch Mikroplastik in der Umwelt reduzieren. Mit der Entwicklung schmierstoffgefüllter Mikrokapseln für Kunststoffe unterstützen das Potsdamer Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP und das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg diese Ziele. Ihre selbstschmierenden Kunststoffe erzielen bis zu 85 Prozent weniger Verschleiß. Seit März 2021 wird das erfolgreiche Forschungsvorhaben für zwei Jahre fortgeführt.

Ob bei Schiebetüren, Laminat, Zahnrädern aus Kunststoff oder anderen beweglichen Bauteilen – es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen Materialien Reibung ausgesetzt sind. Kunststoffhersteller integrieren daher manchmal feste Schmierstoffe in Kunststoffe, um den Verschleiß von Bauteilen zu verringern. Jedoch gibt es nur eine relativ geringe Anzahl an festen Schmierstoffen, die für die Kunststoffverarbeitung geeignet sind. Bei flüssigen Schmierstoffen gibt es hingegen eine deutlich größere Bandbreite, teilweise mit höherer Effektivität. In einer Kooperation ist es den beiden Forschungseinrichtungen gelungen, flüssige Schmierstoffe so zu verkapseln, dass sie als Funktionsstoffe in Polymere eingebracht werden und später im Bauteil alle Vorteile einer Flüssig-Schmierwirkung entfalten können.

85 Prozent weniger Verschleiß

»Wir haben es geschafft, mit flüssigem Schmierstoff gefüllte Mikrokapseln des Fraunhofer IAP über einen Doppelschneckenextruder in Thermoplaste einzuarbeiten. Die Herausforderung dabei war, dass die Wände der Kapseln bei der Verarbeitung hohe Temperaturen überstehen müssen, ohne sich zu öffnen. Erst wenn bei dem späteren Bauteil Reibung entsteht, dürfen die Kapseln aufbrechen und den Schmierstoff freisetzen. Das Bauteil schmiert sich dann sozusagen selber«, erklärt Moritz Grünewald, Forscher in der Gruppe Materialentwicklung am Kunststoff-Zentrum SKZ. »Unsere Reib- und Verschleißuntersuchungen zeigten an Kunststoff-Stahl-Paarungen einen Rückgang des Verschleißes von bis zu 85 Prozent. Bauteile halten somit deutlich länger und erzeugen weniger Mikroplastik.«

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird das Materialsystem für mögliche Anwendungen weiter optimiert. Der Fokus der Entwicklung liegt nun auf verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften der selbstschmierenden Kunststoffe.

Verstärkung selbstschmierender Kunststoffe

Durch den zusätzlichen Einsatz von Verstärkungsstoffen wie Fasern, sollen die selbstschmierenden Kunststoffe mechanisch belastbarer werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens untersuchen die Forscherinnen und Forscher, welcher Fasertyp sich dazu am besten eignet und wie die Mikrokapseln optimal an die Kunststoffmatrix angebunden werden können. Außerdem sollen die Kapseln auch in höher schmelzende Kunststoffe eingebracht werden, um die technischen Einsatzmöglichkeiten weiter zu steigern. Dazu werden in enger Zusammenarbeit der Projektpartner noch stabilere Kapselwandmaterialien entwickelt. »Die Herausforderung besteht vor allem darin, dass die Kapseln erst beim Reibkontakt in der finalen Anwendung aufbrechen dürfen. Bringen wir aber zusätzlich Fasern ein und erhöhen die Temperaturen, steigen die Belastungen auf die Kapseln schon während des Mischprozesses«, so Dr. Alexandra Latnikova, Spezialistin für Mikroverkapselung am Fraunhofer IAP. Ihr Team am Fraunhofer IAP entwickelt die Kapselsysteme.

Großes Interesse der Kunststoffindustrie

Zahlreiche Anfragen aus der Industrie verdeutlichen den Bedarf an neuartigen Kunststoffen, die mit optimierten Reib- und Verschleißeigenschaften ausgestattet sind. Die Mikroverkapselungstechnologie hat dabei große Vorteile für die Firmen: die große Bandbreite an flüssigen und hochentwickelten Schmierstoffen können nun als sich selbst freisetzende, interne Schmiermittel genutzt werden. Begleitet wird das Projekt von einem Ausschuss, in dem Firmen aus allen Bereichen der Kunststoffindustrie, Schmierstoffhersteller und Mikroverkapseler vertreten sind. Das Projekt ist für weitere Partner offen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Fraunhofer-Institut IAP
  • News

    Original oder Fake?

    Fälschungssicherer Produktschutz und resiliente Lieferketten sind Ziele des Fraunhofer-Projekts SmartID. Die Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Sichere Informationstechnologie SIT und für Offene Kommunikationssysteme FOKUS entwickeln hier ein neuartiges Kennzeichn ... mehr

    Enzyme erfolgreich in Kunststoffe einbinden

    Kunststoffe werden in der Regel bei deutlich über einhundert Grad Celsius verarbeitet, Enzyme dagegen halten diesen hohen Temperaturen üblicherweise nicht stand. Forschenden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP ist es gelungen, diese Gegensätze zusammenzubringen: Sie k ... mehr

    Programmierbare Dämmstoffe

    Neuartige Dämmstoffe aus Formgedächtnispolymeren werden von den Fraunhofer-Instituten für Angewandte Polymerforschung IAP, für Chemische Technologie ICT und für Bauphysik IBP im Rahmen des Fraunhofer Clusters of Excellence Programmable Materials CPM entwickelt und getestet. Die High-Tech-Sc ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

    Das Fraunhofer IAP ist spezialisiert auf die gezielte Entwicklung nachhaltiger Verfahren und Materialien auf Basis nativer und synthetischer Polymere. Sie dienen als Grundlage für die Entwicklung neuer, effizienter und nachhaltiger Werkstoffe, Funktionsmaterialien und Prozesshilfsmittel. F ... mehr

Mehr über Fraunhofer-Gesellschaft
  • News

    Original oder Fake?

    Fälschungssicherer Produktschutz und resiliente Lieferketten sind Ziele des Fraunhofer-Projekts SmartID. Die Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Sichere Informationstechnologie SIT und für Offene Kommunikationssysteme FOKUS entwickeln hier ein neuartiges Kennzeichn ... mehr

    Umweltfreundliche Herstellung von Batterieelektroden

    Herkömmliche Prozesse zur Herstellung von Batterieelektroden sind auf den Einsatz von meist toxischen Lösungsmitteln angewiesen und benötigen viel Platz und Energie. Nicht so DRYtraec® – ein neu entwickeltes Trockenbeschichtungsverfahren des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltec ... mehr

    Massenproduktion von Brennstoffzellen wird möglich

    Im Forschungsprojekt »H2FastCell« entwickelt ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA und vom Campus Schwarzwald gemeinsam mit einem Industriekonsortium eine Roboterzelle für die automatisierte Hochgeschwindigkeitsmontage von Brennstoffzellenstacks. Damit legen sie die Grundlage für die indust ... mehr

  • Videos

    Effektive Abwasserreinigung durch Nanofiltration

    Wasser ist lebenswichtig – Abwässer müssen daher möglichst effizient gereinigt werden. Möglich machen das keramische Membranen, mit denen erstmalig 200 Dalton kleine Moleküle abtrennbar sind. Dieses Video zeigt, dass sich hiermit auch Industrie-Abwässer effizient reinigen lassen.Dr. rer. na ... mehr

    Flüssigkristalle als Schmierstoffe

    Schmierstoffe sind fast überall im Einsatz – in Motoren, Produktionsmaschinen, Getrieben, Ventilen. Obwohl sie in nahezu allen Maschinen für einen ruhigen Lauf sorgen, gab es auf diesem Gebiet in den vergangenen beiden Jahrzehnten keine grundlegenden Innovationen. Das Fraunhofer-Institut fü ... mehr

    Briefkontrolle mit Terahertz-Wellen

    Bislang ist es recht aufwändig, Briefe sicher und zuverlässig auf gefährliche Inhaltsstoffe wie Sprengstoffe oder Drogen hin zu untersuchen. Abhilfe könnte ein neuer Terahertz-Scanner schaffen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM in Kaiserslautern und der Hüb ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

    Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 59 Institute an über 40 Standorten in ganz Deutschland. Rund 17 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen das jährliche Forschungsvolumen von 1,5 Mrd Euro. Davon erwir ... mehr