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Zum Reibungs- und Verschleißverhalten von Polymerwerkstoffen

Ziel der Arbeit war es, bei Gleitpaarungen von Polymerwerkstoff/Stahl und Polymerwerkstoff/ Polymerwerkstoff Bedingungen zu finden, die für die Werkstoffauswahl hilfreich sind.

Untersucht wurden im wesentlichen PA, POM und HDPE in unverstärktem Zustand. Sie unterscheiden sich signifikant in ihren oberflächenenergetischen Eigenschaften, nicht jedoch in ihrer Härte im Vergleich zu Stahl.

Die Gesamtheit der Experimente hat gezeigt, dass sich die Reibungs- und Verschleißphänomene auch unter technischen Gleitbedingungen auf Adhäsions- und Deformationsmechanismen zurückführen lassen. Glatte Stahloberflächen (RZ ≤ 0,3 µm) und geringe mittlere Flächenpressungen (p ≤ 1 N/mm2 ) konnten als Voraussetzung für adhäsives Gleiten gefunden werden. Bei rauhen Oberflächen (0,3 µm < RZ < 2,8 µm) und/oder mittleren Flächenpressungen p > 1 N/mm2 treten dagegen überwiegend deformative Mechanismen auf. Damit lässt sich die optimale Rauhigkeit der Stahloberfläche für unpolare oder polare Polymerwerkstoffe festlegen. Die Wirkung an der Grenzfläche kann über die Oberflächenenergie und deren polarer und disperser Anteile bewertet werden.

Für eine Reihe Polymerwerkstoff/Polymerwerkstoff-Kombinationen wurde aus Randwinkelmessungen die Adhäsionsarbeit bestimmt. Bei diesen Kombinationen herrscht adhäsives Gleiten vor, und zwischen Adhäsionsarbeit und adhäsiv bedingter Gleitreibungszahl besteht ein exponentieller Zusammenhang.

Werkstoffparameter, die eine grobe Korrelation zum deformativ bedingten Reibungs- und Verschleißverhalten geben, sind Modulwerte bzw. Arbeitsaufnahmefähigkeit des Polymerwerkstoffs. Beispielsweise ist eine Beurteilung des deformativ bedingten Gleitverschleißes bei Polymerwerkstoff/Stahl-Paarungen für unverstärkte Polymerwerkstoffe über die Arbeitsaufnahme bis zur Streckgrenze ermittelt im zügigen Verformungsversuch erstaunlich gut möglich. Experimente mit Variation der Probenfeuchte bei PA, der relativen Molekülmasse oder unterschiedlich starke Vernetzung, wodurch jeweils die Arbeitsaufnahme verändert wird, belegen dies.

Bei Polymerwerkstoff/Polymerwerkstoff-Paarungen verschleißt der jeweils höher oberflächenenergetische Werkstoff deutlich weniger.

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 Gunter Erhard

Gunter Erhard
Fakultät für Maschinenbau
Universität Karlsruhe (TH)

Informationen

Freie Schlagwörter: Abriebpartikel, adhäsives Gleiten, deformatives Gleiten, Gleitverschleiß, Oberflächenspannung, Oberflächenrauheit, (PA), (PBT), (PE), (POM) Polymerwerkstoff/Polymerwerkstoff-Paarungen, Polymerwerkstoff/Stahl-Paarungen, Ruhereibung, Scheibe/Scheibe-Prüfstand, Stick/Slip-Verhalten, Stift/Scheibe-Prüfstand, Werkstoffübertrag
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Maschinenbau der Universität Karlsruhe (TH)
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr. rer. nat. Eckard Macherauch (Betreuer), Prof. Dr. rer. nat. Otmar Vöhringer, Prof. Dr.-Ing. Gottfried W. Ehrenstein
Erscheinungsjahr: 1980
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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