Tribologie von »soft matter«: Hydrogele, Elastomere und Thermoplaste

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Die Tribologie »weicher Materie« wird durch die komplexe Abhängigkeit des Reibwerts und Verschleißes von Normalkraft, Geschwindigkeit, Temperatur, Schmiermedien und Oberflächenbeschaffenheit der Reibpartner geprägt. Die Vielfalt der experimentellen Beobachtungen kann mit Hilfe geeigneter Modelle der Reibmechanismen geordnet werden. Das Verständnis der tribologischen Phänomene ermöglicht es, adäquate Maßnahmen zur Reib- und Verschleißminimierung zu ergreifen.

Unterthemen

Tribologie von Thermoplasten

Im Kontakt zu einem glatten, harten Reibpartner wird die Tribologie von Thermoplasten durch die adhäsive Reibung bestimmt. Die Geschwindigkeits- und Pressungsabhängigkeit des »coefficient of friction (CoF)« kann durch die Wahl der Medien oder durch eine Oberflächenstrukturierung beeinflusst werden. Durch nanostrukturierte Oberflächen können, je nach Anwendungszweck, sowohl anti-stick- als auch anti-slip-Eigenschaften erzielt werden. Potenzielle Anwendungen der Oberflächenstrukturierung liegen beispielsweise in der gezielten Steuerung der Haptik polymerer Oberflächen.

»Quietschen« durch Gleitbewegung von Kunststoff-Hart-Paarungen

Vibratorische Anregungen durch das Gleiten von Kunststoffen auf glatten Oberflächen sind meist elastische Schwingungsanregung der Konstruktion, des Aufbaus und der Komponenten. Für manche Kunststoffe können aber auch Gleitwellen, die im tribologischen Kontakt zum Reibpartner entstehen, hörbare und oft störende Geräusche verursachen. Diese Quietschgeräusche sind auf komplexe Weise von der Pressung, der Gleitgeschwindigkeit, der Temperatur und der Feuchte abhängig. Mit einem spezifisch für die Detektion von Schwingungsanregungen ausgelegtem Tribometer können akustische Emissionen durch Reibkontakt und tribologisch belastete Komponenten untersucht werden.

Hydrogele, biologische Tribosysteme

Biologische Tribosysteme (beispielsweise Gelenke, Sehnen oder Zähne) sind in vieler Hinsicht technischen Tribosystemen überlegen: Sie zeichnen sich in der Regel durch niedrige Reibwerte und niedrigen Verschleiß aus. Das Reibverhalten von Hydrogelen zeigt in einigen Aspekten Ähnlichkeiten mit dem Reibverhalten des Knorpels, weswegen Hydrogele als potenzielle Knorpelersatzmaterialien diskutiert werden. Wir beschäftigen uns mit mechanischen und tribologischen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Hydrogelen mit dem Ziel der Bewertung ihrer möglichen Einsatzbereiche. Untersuchte Systeme umfassen Poly(vinylalkohol)-Kryogele und hydrogel-infiltrierte Netzwerke bakterieller Nanozellulose (BNC).