31/05/2021
Door Lilian Vermeer
Onderzoekers hebben zelfsmerende kunststoffen ontwikkeld die voor 85 procent minder slijtage zorgen. Er komen zo ook minder microplastics in het milieu terecht.
Of het nu gaat om schuifdeuren, laminaat, kunststof tandwielen of andere bewegende onderdelen – bij veel toepassingen worden materialen aan wrijving blootgesteld. Kunststoffabrikanten verwerken daarom soms vaste smeermiddelen in kunststoffen om de slijtage van onderdelen te verminderen. Er is echter slechts een betrekkelijk klein aantal vaste smeermiddelen die geschikt zijn voor de verwerking van kunststoffen. Daarentegen is er een veel breder assortiment aan vloeibare smeermiddelen, waarvan sommige doeltreffender zijn. In een samenwerkingsproject zijn twee onderzoekinstituten (het Fraunhofer-instituut voor toegepast polymeeronderzoek IAP in Potsdam en het kunststoffencentrum SKZ in Würzburg) erin geslaagd vloeibare smeermiddelen zodanig in te kapselen dat zij als functionele stoffen in polymeren kunnen worden opgenomen en later alle voordelen van een vloeibaar smeringseffect in het bestanddeel kunnen ontwikkelen.
Minder slijtage
"Het is ons gelukt om microcapsules gevuld met vloeibaar smeermiddel in thermoplasten te verwerken met behulp van een extruder met dubbele schroef. De uitdaging hierbij was dat de wanden van de capsules tijdens de verwerking bestand moeten zijn tegen hoge temperaturen zonder open te breken. Pas wanneer wrijving optreedt in het volgende onderdeel, kunnen de capsules openbreken en het smeermiddel afgeven. Het onderdeel smeert zichzelf dan als het ware", legt Moritz Grünewald uit, onderzoeker bij de Materials Development Group van het SKZ Plastics Center. "Onze wrijvings- en slijtagetests toonden een slijtagevermindering tot 85 procent aan bij kunststof-staalcombinaties. Onderdelen gaan dus aanzienlijk langer mee en genereren minder microplastic." Voortbouwend op deze resultaten wordt het materiaal verder geoptimaliseerd voor mogelijke toepassingen. De nadruk bij de ontwikkeling ligt nu op verbeterde mechanische en thermische eigenschappen van de zelfsmerende kunststoffen.
Versterkende materialen
Het extra gebruik van versterkende materialen zoals vezels zou de zelfsmerende kunststoffen mechanisch veerkrachtiger moeten maken. In het kader van het onderzoeksproject gaan de onderzoekers na welk type vezel hiervoor het meest geschikt is en hoe de microcapsules optimaal aan de kunststofmatrix kunnen worden gebonden. Bovendien moeten de capsules ook worden verwerkt in kunststoffen met een hoger smeltpunt om de technische toepassingsmogelijkheden nog te vergroten. Daartoe worden in nauwe samenwerking tussen de projectpartners nog stabielere capsulewandmaterialen ontwikkeld. "De grootste uitdaging is dat de capsules niet open mogen breken voordat ze in de uiteindelijke toepassing in wrijvingscontact komen. Als we echter extra vezels introduceren en de temperaturen verhogen, nemen de spanningen op de capsules al tijdens het mengproces toe," zegt Dr. Alexandra Latnikova, specialist voor micro-inkapseling bij Fraunhofer IAP. Haar team bij het Fraunhofer IAP ontwikkelt de capsule-systemen.
Foto: Ad Spijkers