Der Griff zu den Sternen: Neuartige Additive für die Grenzreibung

Der Trend zu immer niedriger viskosen Schmierölen führt zu einem Zielkonflikt beim Einsatz von Polymeradditiven. Diese sollen das Schmieröl nicht merklich eindicken, jedoch grenzflächenaktiv sein. Eine Klasse von Polymeren, die diesen Zielkonflikt lösen können, stellen Sternpolymere dar. Diese vielversprechenden Reibmodifizierer werden im BMWi-Projekt PROMETHEUS erforscht und in diesem Beitrag vorgestellt. Hierbei werden Sternpolymere über eine neue Syntheseroute hergestellt (Fraunhofer LBF), in Grundöle eingemischt und anschließend tribologisch untersucht (Fa. FUCHS). In einer begleitenden atomistischen Modellierung werden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen errechnet, um die Synthese mit Designregeln für optimale Reibreduktion in der Grenzreibung zu unterstützen (Fraunhofer IWM). Um die neuartigen Sternpolymere zu synthetisieren, wird eine sogenannte kontrollierte Polymerisation durchgeführt. Diese ermöglicht ein präzises Einstellen des Molekulargewichts, Kontrolle über die Struktur der »Arme« als auch die sternförmige Identität des Produktes. Hinzu kommen polymeranaloge Reaktionsschritte, mit denen die Grenzflächenaktivität der Polymere eingestellt wird. Eine gezielte Parametrisierung geleitet von Simulationsergebnissen wird so erreicht. Die neuen Polymere werden schließlich in unterschiedlichen Grundölen dispergiert und hinsichtlich Schmierfilmaufbau, Eindickwirkung, Anlagerung an Oberflächen, Reibung und Scherfestigkeit tribologisch bewertet. Neben der experimentellen Charakterisierung der rheologischen und tribologischen Eigenschaften werden auch Molekulardynamiksimulationen des additivierten Modellschmierstoffs durchgeführt. Die atomistischen Simulationen dienen der gezielten Modellierung der Additive im engen Tribospalt, insbesondere ihrer Anlagerung an Oberflächen und ihres Verhaltens in der Grenzreibung. Diese mikroskopische Betrachtung führt zu einem Modell der Wirkweise der neuartigen Additive, das den experimentell gemessenen positiven Einfluss auf die Reibeigenschaften erklärt und aus dem sich Regeln für die Optimierung der chemischen Struktur der Additive ableiten lassen.