Verschleißverhalten von gefüllten Polymeren

Abstract

Zur Verbesserung des Verschleißverhaltens von Nanokompositen auf Basis von Polyurethan (PU) wurde der Einfluss von ZrO2- und FeOx-Partikeln in Abhängigkeit von Partikelgröße und Partikelgehalt untersucht. Es zeigte sich bei beiden Partikelarten, dass ein zunehmender Partikelgehalt zu einer Erhöhung des Elastizitätsmoduls führte, wodurch die Materialbelastung stieg und der Verschleißkoeffizient zunahm. Mit zunehmender Partikelgröße nahm die Wechselwirkung der Oberflächenmodifikatoren mit der PU-Matrix ab. Dies führte bei den ZrO2- wie auch bei den FeOx-Kompositen mit den jeweils größten Partikeln dazu, dass eine Schubbelastung im wesentlichen durch die PU-Matrix aufgenommen wurde, wodurch es durch die gegenüber den Kompositen höhere Zähigkeit des PU wieder zu einer Abnahme des Verschleißkoeffizienten kam. In einer Finite-Elemente-Simulation konnte gezeigt werden, dass sich die elastische Dehnungsenergiedichte der Komposite umgekehrt zum Verschleißkoeffizienten verhielt. Dies zeigte, dass eine Verschleißzunahme bei zunehmendem Füllgrad durch eine Abnahme des elastischen Materialverhaltens der Komposite begründet war. Weiterhin wurden für ZrO2- und FeOx-Komposite die Oberflächenmodifikatoren variiert. Dabei konnten bei den ZrO2-Kompositen der Dispergierzustand, die Zahl der Anbindungen an die PU-Matrix und das Modifikationsverfahren als wichtige Einflussgrößen auf ein gutes Verschleißverhalten identifiziert werden. Bei den FeOx-Kompositen waren hierfür der Dispergierzustand, kurze Seitenketten und die Elektronegativität des an das Partikel anbindenden Atoms von Bedeutung.