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Muschel-inspirierte PTFE-Beschichtung trotzt Verschleiß
Ein chinesisches Forschungsteam hat eine PTFE/PAI-Verbundbeschichtung mit Polydopamin-modifiziertem PTFE entwickelt. Das muschelinspirierte Konzept verbessert die Haftfestigkeit um 46 % und steigert die Verschleiß- und Kavitationsbeständigkeit – ein Fortschritt für Kraftstoffpumpenkomponenten.
Polytetrafluorethylen (PTFE) ist aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten ein bewährter Bestandteil tribologischer Beschichtungen – die geringe Oberflächenenergie erschwert jedoch die Einbindung in Polymermatrizes und limitiert die Haftfestigkeit. Ein Team um Guoliang Hou hat nun eine Strategie verfolgt, die sich an der Adhäsionsfähigkeit von Muscheln orientiert: Die Oberfläche der PTFE-Partikel wird mit Polydopamin (PDA) modifiziert und so eine Kern-Schale-Struktur (PDA-PTFE) erzeugt.
Die modifizierten Partikel wurden in eine Poly(amid-imid)-Matrix (PAI) mit Doppelbindungsnetzwerk eingearbeitet. Ziel war eine verbesserte Dispergierung sowie eine stärkere Wechselwirkung zwischen Füllstoff und Matrix – beides entscheidend für die Beständigkeit gegen Verschleiß und Kavitationserosion in Kraftstoffpumpen. Im Vergleich zur unmodifizierten PTFE/PAI-Beschichtung wurde eine Steigerung der Haftfestigkeit um 46 % erreicht.
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Geringerer Reibungskoeffizient und neue Erkenntnisse zum Verschleißmechanismus
Die PDA-PTFE/PAI-Verbundbeschichtung wies sowohl unter Trockenreibung als auch unter Kerosin-Schmierung den niedrigsten durchschnittlichen Reibungskoeffizienten und die geringste Verschleißrate auf. Dies macht das System besonders interessant für Anwendungen in der Kraftstoffversorgung, wo Schmierbedingungen wechseln können.
Erstmals konnte zudem nachgewiesen werden, wie hochfrequente Mikrojets aus kollabierenden Kavitationsblasen die Beschichtung schädigen: Sie zerstören zunächst die Grenzflächenbindung innerhalb des Schmierfilms und führen anschließend zur Pyrolyse des Imidrings im PAI. Diese Erkenntnis liefert wertvolle Hinweise für die weitere Optimierung kavitationsresistenter Beschichtungssysteme.
Quelle: Wu, Y. et al. A mussel-inspired interfacial strategy toward synergistically enhanced tribology and cavitation-erosion resistance of PTFE/PAI composite coatings. Prog. Org. Coat. 109994 (2026).
