Importancia de la evaluación de la fricción a bajas velocidades

La fricción es la fuerza que se opone al movimiento relativo de superficies sólidas que se deslizan unas contra otras. Cuando se produce el movimiento relativo de estas dos superficies en contacto, la fricción en la interfaz convierte la energía cinética en calor. Este proceso también puede provocar el desgaste del material y, por lo tanto, la degradación del rendimiento de las piezas en uso.
Con un gran índice de elasticidad, alta resistencia, así como excelentes propiedades impermeables y resistencia al desgaste, el caucho se utiliza ampliamente en una gran variedad de aplicaciones y productos en los que la fricción juega un papel importante, como los neumáticos de automóvil, las escobillas limpiaparabrisas, las suelas de zapatos y muchos otros. Dependiendo de la naturaleza y los requisitos de estas aplicaciones, se requiere una fricción alta o baja con respecto a diferentes materiales. Por consiguiente, resulta fundamental realizar una medición controlada y fiable de la fricción del caucho con respecto a diversas superficies.

Objetivo de medición

El coeficiente de fricción (COF) del caucho con respecto a diferentes materiales se mide de forma controlada y supervisada utilizando el Nanovea. Tribómetro. En este estudio, nos gustaría mostrar la capacidad del tribómetro Nanovea para medir el coeficiente de fricción (COF) de diferentes materiales a velocidades extremadamente bajas.

Resultados y debate

El coeficiente de fricción (COF) de bolas de caucho (6 mm de diámetro, RubberMill) sobre tres materiales (acero inoxidable SS 316, Cu 110 y acrílico opcional) se evaluó mediante el tribómetro Nanovea. Las muestras metálicas sometidas a prueba se pulieron mecánicamente hasta obtener un acabado superficial similar al de un espejo antes de la medición. La ligera deformación de la bola de caucho bajo la carga normal aplicada creó un área de contacto, lo que también ayuda a reducir el impacto de las asperezas o la falta de homogeneidad del acabado de la superficie de la muestra en las mediciones del COF. Los parámetros de la prueba se resumen en la tabla 1.

El COF de una pelota de goma contra diferentes materiales a cuatro velocidades diferentes se muestra en la figura 2, y los COF medios calculados automáticamente por el software se resumen y comparan en la figura 3. Es interesante observar que las muestras metálicas (SS 316 y Cu 110) muestran un aumento significativo de los COF a medida que la velocidad de rotación aumenta desde un valor muy bajo de 0,01 rpm hasta 5 rpm: el valor del COF del par caucho/SS 316 aumenta de 0,29 a 0,8, y de 0,65 a 1,1 para el par caucho/Cu 110. Este hallazgo concuerda con los resultados comunicados por varios laboratorios. Tal y como propone Grosch⁴ La fricción del caucho viene determinada principalmente por dos mecanismos: (1) la adhesión entre el caucho y el otro material, y (2) las pérdidas de energía debidas a la deformación del caucho causada por las asperezas de la superficie. Schallamach⁵ Se observaron ondas de desprendimiento del caucho del material de contraposición a lo largo de la interfaz entre las esferas de caucho blando y una superficie dura. La fuerza necesaria para que el caucho se desprenda de la superficie del sustrato y la velocidad de las ondas de desprendimiento pueden explicar las diferentes fricciones observadas a distintas velocidades durante la prueba.

En comparación, la combinación de caucho y acrílico presenta un alto COF a diferentes velocidades de rotación. El valor del COF aumenta ligeramente de ~ 1,02 a ~ 1,09 a medida que la velocidad de rotación aumenta de 0,01 rpm a 5 rpm. Es posible que este alto COF se deba a una unión química local más fuerte en la superficie de contacto formada durante las pruebas.

Conclusión

En este estudio, demostramos que, a velocidades extremadamente bajas, el caucho presenta un comportamiento de fricción peculiar: su fricción contra una superficie dura aumenta con el incremento de la velocidad del movimiento relativo. El caucho muestra una fricción diferente cuando se desliza sobre distintos materiales. El tribómetro Nanovea puede evaluar las propiedades de fricción de los materiales de forma controlada y supervisada a diferentes velocidades, lo que permite a los usuarios mejorar su comprensión fundamental del mecanismo de fricción de los materiales y seleccionar el mejor par de materiales para aplicaciones de ingeniería tribológica específicas.

El tribómetro Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. Es capaz de controlar la etapa rotativa a velocidades extremadamente bajas, de hasta 0,01 rpm, y supervisar la evolución de la fricción in situ. La inigualable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar todas las propiedades tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.