Einfluss von Graphen/PTFE auf die Belastbarkeit und Lebensdauer von Gleitlacken

20. Februar 2020

© Fraunhofer IWM
Abb1: REM-Aufnahmen von a) PUL+2% Graphen, b) EPL+10% PTFE und c) EPL+2% Graphen/10% PTFE. Die hellen weißen Bereiche zeigen das PTFE, die hellgrauen Strukturen in c) zeigen das Graphen. Die dunklen Bereiche sind die Lackmatrix.

Dr. Bernadette Schlüter

Gleitlacke haben gegenüber flüssigen Schmierstoffen einige Vorteile: Sie können bei höheren Temperaturen sowie unter trockenen Bedingungen eingesetzt werden. Allerdings besteht allgemeiner Entwicklungsbedarf von Gleitlacken, um die Belastbarkeit und Lebensdauer zu erhöhen. Dies kann durch einen geringeren Verschleiß der Lacke bei niedriger Reibung und reduzierter Schichtdicke ermöglicht werden. Seit längerem ist Polytetrafluorethylen (PTFE) als Reibminderer in Gleitlacken Stand der Technik. Zudem ist bekannt, dass Graphennanopartikel Polymere mechanisch verstärken und die Leitfähigkeit erhöhen können.

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Abb2: Verschleißrate der unterschiedlichen Lacksysteme mit PTFE und verschiedenen Graphentypen. Bei PUL und EPL-Lacken senkt besonders der Graphentyp SE1233 den Verschleiß.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit der Fraunhofer Institute IFAM und IWM wurden Polyurethan und Epoxidharze (lösemittelhaltig und wässrig) sowohl mit Graphen zur mechanischen Verstärkung als auch mit PTFE als Reibminderer modifiziert und qualifiziert. Die Herstellung der Gleitlacke wurde so optimiert, dass sich eine sehr gute Haftfestigkeit und eine sehr homogene Verteilung der Füllstoffe in der Polymermatrix ergaben. In tribologischen Untersuchungen wurden die entwickelten Gleitlacke hinsichtlich des Reibverhaltens, der Abriebbeständigkeit sowie auch im Vergleich zu kommerziellen Gleitlacken bewertet. Die neu entwickelten, modellhaften Gleitlacksysteme (PUL und EPL) zeigten sehr gute tribologische und mechanische Eigenschaften. Je nach Graphentyp und Lackmatrix konnte der Verschleiß um bis zu 50% und der Reibwert um bis zu 35% verringert werden. Zudem wurde die Leitfähigkeit der Lacke deutlich erhöht. Somit ergibt sich durch die Kombination von Graphen und PTFE als Füllstoffe die Möglichkeit einer wesentlichen Verbesserung der Belastbarkeit und Lebensdauer.

Die Arbeiten wurden durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages über die deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächenbehandlung e.V. im Rahmen des IGF Vorhaben Nr. 19322N gefördert. (Laufzeit: 01/2017 - 12/2019)

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