Tribological performance of bio-based greases with polymer thickener systems

Vafaei, Seyedmohammad; Schmitz, Katharina; Jacobs, Georg

doi:10.18154/RWTH-2025-07321

Tribological performance of bio-based greases with polymer thickener systems = Tribologische Leistungsfähigkeit von biobasierten Schmierfetten mit polymeren Verdickersystemen

Vafaei, Seyedmohammad^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Seyedmohammad Vafaei

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Jacobs, Georg (Thesis advisor)^RWTH* ; Schmitz, Katharina (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-06-18

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-07321
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1017334/files/1017334.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung (411710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
EHD (frei) ; Schmierfett (frei) ; Schmierung (frei) ; Schwingung (frei) ; Wälzlager (frei) ; bearing (frei) ; bio-based (frei) ; biobasiert (frei) ; grease (frei) ; lubrication (frei) ; thickener (frei) ; vibration (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Derzeit werden die meisten marktüblichen Schmierfette aus petrochemischen Stoffen gewonnen. Die Entsorgung und das Leckage von petrochemischen Schmierstoffen, die in Maschinen und Anlagen in verschiedenen industriellen und landschaftlichen Sektoren verwendet werden, stellt ein Umweltrisiko dar. Toxische Stoffe können Wasser und Boden verunreinigen, was zu schwerwiegenden Gesundheitsproblemen für Mensch und Tier führt. Eine vielversprechende Lösung für diese Gesundheitsbedrohungen liegt in der Umstellung auf biobasierte, ungiftige Schmierstoffe, die diese Risiken möglicherweise verringern können. Das Interesse an der wissenschaftlichen Forschung zur Synthese von biobasierten Schmierstoffen, einschließlich Schmierfetten, hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Allerdings waren die entwickelten alternativen Schmierfette meist pflanzenbasiert und konnten hinsichtlich ihrer Leistung in Wälzlagern nicht mit ihren polymeren petrochemischen Gegenstücken konkurrieren; daher wurden sie oft nicht in die Industriemaschinen integriert. Um konkurrenzfähige Schmierfette für den Einsatz in Wälzlagern herzustellen, ist es wichtig, sowohl den Entwicklungs- als auch den Bewertungsprozess zu berücksichtigen und dabei die Korrelationen zu beachten. Diese Arbeit umfasst eine methodische Entwicklung von biobasierten Schmierfetten mit verschiedenen Polymerverdickersystemen und eine umfassende Bewertung ihrer tribologischen Leistung auf Tribometer- und Komponentenebene. Sie umfasst auch die tribologische Leistung der biobasierten polymeren Schmierfette im Vergleich zu ihrem petrochemischen polymeren Gegenstück. Das Verständnis der Korrelation zwischen den physikochemischen Eigenschaften des Schmierfetts und der tribologischen Leistung in verschiedenen Ebenen gibt einen Einblick in das Potenzial für die Entwicklung konkurrenzfähiger biobasierter Schmierfette. Daher wird in dieser Arbeit auch die Korrelation zwischen der tribologischen Leistung und den physikochemischen Parametern in verschiedenen Ebenen behandelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit erleichtern die künftige Entwicklung von Schmierfetten, insbesondere von biobasierten Schmierfetten, und tragen zum Übergang zur Integration nachhaltiger Schmierfette in Wälzlagern in verschiedenen Industriesektoren bei.

Currently, most commercially available lubricating greases are produced from petrochemical materials. Petrochemical lubricants used in machines and systems in various industries get leaked or disposed of into the environment, which imposes significant threats to the ecosystems. Toxic petrochemical materials pollute water, air, and soil, which leads to several diseases and health problems for humans and animals. A promising solution to these threats lies in the transition to bio-based, non-toxic lubricants. A growing interest in scientific research towards synthesizing bio-based lubricants, including lubricating greases, has been observed in recent decades. However, such developed bio-based alternative greases were mostly plant-based and could not compete with their polymeric petrochemical counterparts regarding their performance in rolling element bearings; thus, they were often not integrated into the industrial machines. To produce competitive lubricating greases for application in rolling element bearings, it is essential to consider both development and evaluation process, while considering their correlations. This thesis employs a methodological development of bio-based lubricating greases with different polymer thickener systems and a comprehensive assessment of their tribological performance at the tribometer and component level. It also includes the tribological performance of the bio-based polymeric greases compared to the petrochemical polymeric counterpart. Understanding the correlation between the grease's physicochemical characteristics and tribological performance on different scales elucidates the potential for the design of competitive bio-based greases. Therefore, the correlation of tribological performance with physicochemical parameters in different scales is also covered in this work. The findings of this work facilitate the future development of lubricating greases, specifically bio-based greases, and contribute to the transition toward the integration of sustainable lubricating greases in rolling element bearings across various industry sectors.

OpenAccess:
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