dc.description.abstract
Kurzfassung Tribologie, eine Wissenschaft, die sich mit Reibung, Verschleiß und anderen flächenbezogenen mechanischen Phänomenen beschäftigt, hat sich historisch von Untersuchungen auf metallischen Werkstoffen entwickelt, insbesondere Stahl, und weitet sich der Zeit zu anderen Werkstoffen wie Polymeren aus. Polymeren werden in verschiedenen Formen als Bulkware, Filme oder Kompositen hergestellt und in Anwendungen wie Reifen, Schuhe, Bremsen, Getrieben, Lagern und künstlichen Gelenken eingesetzt, wo ihre Reibungseigenschaften, Verschleißresistenz, und andere oberflächenbezogene Eigenschaften ausgenutzt werden. Die Forschungsarbeit in dieser Dissertation befasst sich mit der Charakterisierung des tribologischen Verhaltens von thermoplastischen Polymere wie ultrahochmolekulares Polyethylen (PE-UHMW), Polyetheretherketon (PEEK); Polyoxymethylen (POM), und Polybutylenterephthalat (PBT). Da diese Polymeren oft in Anwendungen vorkommen, wo ihre Verschleiß- und Reibungseingenschaften kritisch für die Leistungsfähigkeit des Systems sind, ist es sehr wichtig, ein umfassendes Verständnis ihrer tribologischen Verhaltens unter einer Bandbreite von Bedingungen herzustellen. Um das Wissen über etablierten tribologischen Untersuchugsmethoden zu nutzen, wurden zuerst Untersuchungen auf ein Martensit Stahl (42CrMo4) durchgeführt, die als Referenz für weitere tribologische Untersuchungen an Polymeren verwendet wurden. Bei der Untersuchung der Verschleißentwicklung auf Metallen wurde zwischen zwei tribologischen Systemen unterschieden (2-und 3-Körper-Systeme). Das ermöglichte uns den entscheiden Einfluss von diesen verschiedenen Systemen auf das Verschleißverhalten von Werkstoffen zu verstehen. Aufbauend auf den gewonnen grundlegenden Erkenntnissen über das tribologische Verhalten von Stahlen, setzt diese Studie mit der tribologischen Charakterisierung von PE-UHMW, PEEK, POM und PBT fort, mit Hilfe der -ball on plate- Methode (2-gleitende Körper-System). Ziel ist einerseits die graduelle Bildung von Verschleißmechanismen zu studieren und andererseits den Einfluss von verschiedenen Materials- und Systemeigenschaften auf die Verschleißresistenz von Polymeren zu verstehen. Die Neuigkeit in dieser Forschungsarbeit liegt in der Auswahl der Testkonfiguration, die uns ermöglicht die Metall-Polymer-Paarung zu charakterisieren, wenn eine Stahlkugel gegen eine Polymerplatte gleitet. Dadurch werden die Verschleißmechanismen und Reibungsverhalten von Polymeren unter solchen Bedingungen hervorgehoben. Dieser detaillierte Ansatz führt zu einem besseren und tiefen Verständnis des tribologischen Verhaltens von Polymeren und eventuell zu einer Erweiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten. Tests wurden ausgeführt, um die graduelle Entwicklung von Verschleiß zu beobachten. Zusätzlich wurde Alterungsverfahren angewendet, um die Degradation des Polymers simulieren und die Effekte zu studieren, die die Alterung auf die Verschleißresistenz von PE UHMW haben könnte. Des Weiteren wurden bei der Untersuchung zwei Hauptgruppen von Parametern betont. Die erste Gruppe bezieht sich auf angewendete tribologische Bedingungen (Last, Druck, Drehzahl), Rauheit und Kontaktmechanik (jedes Polymer weist einen bestimmten Kontaktdruck bei einer bestimmten angelegten Last) und die zweite Gruppe umfasst die Oberflächen-mechanischen-Eigenschaften (Härte, E-Modul, usw.) und die morphologischen Parameter, die sich durch Verarbeitung und den Umgebungsbedingungen ändern lassen. Es wurde herausgefunden, dass, die Entstehung von Verschleißmechanismen vor allem durch drei Polymereigenschaften diktiert wird: - Glasübergangstemperatur (Tg) - Eine Testtemperatur unter Tg bewirkt einen spröden Zustand, oberhalb Tg einen gummiartigen Zustand. - Steckgrenze - Kontaktdruck unterhalb der Streckgrenze resultiert in visko-elastischer Zustand und oberhalb in Kaltumformung und dauerhafte Verformung. - Anteil der kristallinen Bereiche Darüber hinaus wird die Verschleißresistenz eines Polymers wird hauptsächlich durch folgende Faktoren beeinflusst: die Entwicklung des Verschleißmechanismus, die tribologische Testbedingungen (2-Körper- oder 3-Körper-System, Paarungskonfiguration, Last, Druck, Temperatur, usw.) und Oberflächenwechselwirkung (Rauheit, Kontaktmechanik). Basierend auf die Vielfalt der verwendeten Materialien und Methoden in dieser Untersuchung wird ein komplexes und umfassendes Bild von Verschleißprozesse auf Polymeren dargestellt, und damit einen Beitrag zur Schließung der Wissenslücke zwischen verschiedenen tribologischen Systemen geleistet.
de
