Herstellung eines neuen polymeren Hochleistungswerkstoffs
01.08.2017 bis 30.09.2019
Polymer Reactor Technology GmbH
Ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) ist aufgrund seines Eigenschaftsprofils ein attraktiver Werkstoff für Brückenlager. Nachteilig ist jedoch seine Neigung zur Abrasion, bedingt durch niedermolekulare Anteile.
Ziel des vorliegenden Projektes ist es dieses Eigenschaftsdefizit durch gezielte Einstellung der Molekulargewichtsverteilung zu beheben. Dazu werden im vorliegenden Projekt "lebende" Übergangsmetallkatalysatoren eingesetzt, um ultrahochmolekulare Polyethylene mit enger Molmassenverteilung und steuerbaren mittleren Molmassen herzustellen. Aus diesem Abrasions-minimierten ultra-hochmolekularen PolyEthylen (AMUPE) soll anschließend eine Kalotte für Brückenlager gefertigt werden.
In ersten Messungen durch die Firma PRT konnte beispielhaft gezeigt werden, dass die (theoretisch voraussagbare) Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb von sinter-gepreßten UHMWPE-Materialien mit sinkender Dispersität der Molmassenverteilung deutlich zunimmt.
Im Projektkonsortium übernimmt PRT die Polymersynthese und die reaktionstechnische Untersuchung des Herstellungsprozesses, so dass anfänglich Mengen von 1- 3 g AMUPE pro Polymerisationsansatz entstehen. Fraunhofer LBF bestimmt deren molekulare Struktur. Hierzu werden neuartige analytische Methoden zur Messung der Molekulargewichtsverteilung im ultra-hochmolekularen Bereich erarbeitet. Die gemessenen Molmassenverteilungen werden mit den Materialeigenschaften korreliert. Zur materialtechnischen Prüfung werden in Zusammenarbeit von PRT und PROFILAN Mikromethoden zur Messung der Gleit- und Haftreibung, des Abriebs, sowie der Zug- und Schlagfestigkeit entwickelt und zur Selektion der aussichtsreichsten Materialproben eingesetzt. Dies erfolgt im Vergleich mit den z.Zt. modernsten marktüblichen Werkstoffen der gleichen Stoffklasse. Im weiteren Verlauf werden größere Mengen AMUPE erzeugt und bei PROFILAN die Materialeigenschaften DIN-gerecht gemessen. Materialtests nach relevanten Normen werden an der TU Chemnitz und im MPA Stuttgart durchgeführt. Am Ende soll die erzeugte Menge des optimalen Materials ausreichen, um eine Kalotte für Brückenlager herzustellen, die dann einem Praxistest zugeführt werden kann.
Das seit August 2017 laufende Projekt kann mit ersten positiven Resultaten aufwarten:
Mühlenweg 31, 48683 Ahaus
Prof. Dr.-Ing. habil Günter Weickert
13XP5040A
Teilvorhaben: Synthese und Reaktionstechnik
Mit ersten Messungen konnte durch die Firma PRT beispielhaft gezeigt werden, dass die (theoretisch voraussagbare) Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb von sinter-gepreßten UHMWPE-Materialien mit sinkender Polydispersität der Molmassenverteilung erheblich zunimmt, so dieses Abrasions-minimierte utra-hochmolekulare PolyEthylen (AMUPE) ein hohes Marktpotenzial besitzt. Im Rahmen spezieller Auftragssynthesen werden Katalysatoren synthetisiert, die für die Herstellung solcher hochmolekularen Polyethylene mit enger Molmassenverteilung und steuerbarem mittlerem Molekulargewicht in Frage kommen, deren reaktionstechnisches Verhalten aber projektspezifisch untersucht werden muss. Größere Mengen wurden bisher nicht synthetisiert, so dass auch keine Untersuchungen der Materialeigenschaften bekannt sind. Kleine Mengen niedermolekularer Polyethylene mit geringer Polydispersität sind zur Zeit auf dem Markt, aber selbst diese sind extrem teuer und werden nur als Standards in der Polymeranalytik eingesetzt.
Es ist das vorrangige Ziel dieses Teil-Projektes, AMUPE in ausreichender Menge herzustellen, so dass Untersuchungen wesentlicher Materialeigenschaften möglich sind. Dementsprechend übernimmt PRT die Polymersynthese und die reaktionstechnische Untersuchung, so dass anfänglich Mengen von 1...3g pro Polymerisationsansatz entstehen. Im weiteren Verlauf wird ausreichend AMUPE erzeugt, um bei den Verbund-Partnern DIN-gerechte Materialeigenschaften zu messen und diese mit der Molmassenverteilung zu korrelieren. Am Ende soll die erzeugte Menge ausreichen, um aus einem Ansatz eine Kalotte für Brückenlager herzustellen, so dass diese einem Praxistest zugeführt werden kann. Hierzu wird die verfahrenstechnische Maßstabsübertragung des Prozesses grundlegend untersucht.
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Zur Dinkel 27-31, 48739 Legden
B.A. Marco Hilbring
13XP5040B
Teilvorhaben: Sinterpressen und Materialcharakterisierung
Es ist zu erwarten, dass die Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb von sintergepreßten UHMWPE-Materialien mit sinkender Breite der Molmassenverteilung massiv zunimmt, so dass dieses Material, das im Folgenden als Abrasions-Minimiertes Ultra-hochmolekulares PolyEthylen (AMUPE) bezeichnet wird, ein hohes Marktpotenzial besitzt. Dieses extrem teure Material ist zur Zeit nicht auf dem Markt; die Materialeigenschaften typischer Anwendungen von UHMWPE sind für AMUPE unbekannt. Im vorliegenden Projekt soll die AMUPE-Synthese mit sehr geringer Polydispersität und steuerbarem mittlerem Molekulargewicht erfolgen, so dass ausreichende Mengen AMUPE zur Herstellung von Probekörpern zur Ermittlung der Materialeigenschaften vorliegen. Profilan übernimmt die Herstellung der Probekörper und die Messung der Materialeigenschaften. Ziel von PROFILAN ist es, den vom Verbundpartner hergestellten Hochleistungswerkstoff im industriellen Maßstab zu verarbeiten. Im Fall des Erreichens der Projektziele wird Profilan, einer der führenden Verarbeiter von (molekular breit verteiltem) UHMWPE durch Sinterpressen, die Verarbeitung des AMUPE übernehmen. Dies wird ein hochpreisiges Marktsegment, in das Profilan mit der Fertigung von langlebigen Kalotten für Brückenlager hochmotiviert einsteigen wird.
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Darmstadt
13XP5040C
Teilvorhaben: Molekulare Charakterisierung
(Derzeit liegt keine Beschreibung des Teilvorhabens vor.)
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