Ergebnisse

Übersicht der Projektergebnisse

Für die Herstellung von Anti-Eis-Folien, Geweben und Vliesstoffe mit gezielten benetzenden Eigenschaften und für die Produktion von reibungsarmen Hybrid-Wälzlagern wurden neuartige Plasma-Beschichtungsprozesse entwickelt. Als Vakuumverfahren zeichnet sich diese Art von Beschichtungsmethode durch einen vergleichsweise sehr geringen Einsatz von Betriebsstoffen aus und ist für die Funktionalisierung sowohl von dreidimensionalen Körpern als auch von Folienware prädestiniert. Mit Hilfe der entwickelten Beschichtungsprozesse lassen sich sehr dünne, weniger als einhundert Nanometer dicke Schichten auf Oberflächen aufbringen, ohne die optimierten Grundeigenschaften des Materials zu verändern: nur die Oberfläche wird hinsichtlich ihrer Anwendung gezielt angepasst. Bei der Aufskalierung der Prozesse auf industriell nutzbare Plasmabeschichtungsanlagen dienten die erarbeiteten Verfahrensparameter als Basis. Eine neue Plasmabeschichtungsanlage wurde hierzu konstruiert, die es zudem erlaubt Bahnware von Rolle-zu-Rolle zu beschichten.

Im Rahmen dieses Verbundvorhabens konnten auf verschiedenen Folien-, Vliesstoff- und Gewe-beoberflächen nicht nur definierte Benetzungseigenschaften (langzeitstabil) eingestellt werden, sondern diese zugleich auch zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bei geeigneter Auswahl der Schichtkomponenten genutzt werden.

Weiterhin ist es im Rahmen des Projektes gelungen laborbasierte Testmethoden zu entwickeln, mit denen das Vereisungsverhalten beim Auftreffen unterkühlter Tröpfchen auf Oberflächen (z.B. Flugzeugflügel) kostengünstig und realitätsnah untersucht und bewertet werden können. Es handelt sich dabei um die Untersuchung des Eisbildungsverhaltens mittels Tropfenfalltest (mit und ohne Luftströmung), der Eishaftung mittels dynamischer Anregung sowie des Eisbildungs- und Eiswachstumsverhaltens unter Flugbedingungen mittels Labor-Windkanal (bis -30 °C und 0,45 Mach). Es stehen damit erstmals Testmethoden dieser Art und in dieser Zusammenstellung in einem Entwicklungslabor zur Verfügung. Mithilfe der Testmethoden konnten verschiedenste Oberflächen untersucht und so festgestellt werden, dass strukturierte, Plasma modifizierte Kunststofffolien, wie im Projekt entwickelt, eine deutliche Reduzierung der Eishaftung bewirken können. Das Wachstum von Eiskristallen aus einer unterkühlten wässrigen Phase konnte in Simulationen auf atomistischer Skala realistisch abgebildet und der günstige Einfluss plasma-funktionalisierter Schichten bezüglich einer verminderten Vereisungstendenz von Oberflächen bestätigt werden.

Der positive Einfluss einer Plasmamodifizierung von Oberflächen an Hybrid-Wälzlagern wurde für verschiedene Medien bei wälzlagertypischer Belastung nachgewiesen. Neben PFPE-Sonderschmierstoffen waren dies wässrige, fetthaltige und saure Medien. Unter bestimmten Bedingungen konnte eine Reduzierung der Reibung um bis zu 40 % ermittelt werden. Auch die Reinigung der Lager wurde durch das angepasste Benetzungsverhalten der verschiedenen Oberflächen deutlich verbessert. Dadurch wird die Gefahr der Keimbildung im Prozess reduziert. Die atomistischen Simulationen ermöglichen detaillierte Einblicke in die Abläufe des Reibungsvorgangs.